JP2011060037A - Position detector and electrostatic sensor - Google Patents

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Masaki Matsubara
正樹 松原
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an electrostatic sensor cell, an electrostatic sensor, an electrostatic switch, and a position detector, wherein also noise mixed through a human body can be effectively offset by a simple configuration and noise resistance can be achieved. <P>SOLUTION: In the electrostatic sensor cell, two receiving electrodes have completely symmetrical shapes. Since size adjustment or the like for mounting a sensor on a substrate can be simply executed, a cancel effect of in-phase noise in differential amplification can be displayed effectively at maximum. Further, a land adjacent to one receiving electrode side of one transmitting electrode is formed. Thereby, one transmitting electrode is like an asymmetrical shape when observing it from a differential amplifier. Thereby, in differential amplification, whether a finger approaches or not can be surely detected without losing the cancel effect of the in-phase noise. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、位置検出装置及び静電センサに適用して好適な技術に関する。
より詳細には、静電式の位置検出装置の、位置検出平面から混入するノイズを低減し、指の検出精度を向上させる技術に関する。
The present invention relates to a technique suitably applied to a position detection device and an electrostatic sensor.
More specifically, the present invention relates to a technique for reducing noise mixed from a position detection plane and improving finger detection accuracy in an electrostatic position detection device.

コンピュータに位置情報を与える入力装置には、様々なものがある。その中で、タッチパネルと呼ばれる、二次元位置情報入力装置(以下「位置検出装置」)がある。
タッチパネルは、指や専用のペン等の入力体で検出平面に触れることで、コンピュータ等の操作を行なう入力装置である。指やペンが触れた位置を検知して画面上の位置を指定し、コンピュータに指示を与える。
タッチパネルは、PDA(Personal Digital Assistant)や銀行のATM(Automated Teller Machine)、駅の券売機等で広く利用されている。
There are various input devices that provide position information to a computer. Among them, there is a two-dimensional position information input device (hereinafter referred to as “position detection device”) called a touch panel.
The touch panel is an input device that operates a computer or the like by touching a detection plane with an input body such as a finger or a dedicated pen. A position on the screen is designated by detecting the position touched by a finger or pen, and an instruction is given to the computer.
The touch panel is widely used in PDA (Personal Digital Assistant), bank ATM (Automated Teller Machine), station ticket machines, and the like.

タッチパネルに採用される位置情報検出技術には、様々なものがある。例えば、圧力の変化で位置検出を行う抵抗膜方式や検出平面の表面の膜の静電容量の変化で位置検出を行う静電容量方式等がある。   There are various position information detection techniques employed for touch panels. For example, there are a resistance film method that detects a position by a change in pressure, a capacitance method that detects a position by a change in capacitance of a film on the surface of a detection plane, and the like.

静電容量方式の位置検出装置の動作原理を説明する。
長方形等の絶縁シートの表と裏に、電極線を格子状に配線する。片方の面の電極線に交流信号を与え、絶縁シートを介した裏側の面の電極線から電流を検出する。格子状に配線される電極線の交点には、絶縁シートを介してコンデンサが形成されるので、両方の電極線に交流電圧を印加すると、電流が流れる。
この時、交流信号の周波数を例えば200kHzに設定し、人体の指を一方の電極線に近づけると、交流電圧によってコンデンサに蓄電される電荷の一部が人体に吸収される現象が生じる。この人体に電荷の一部が吸収されることによって生じるコンデンサの容量変化を、当該コンデンサに流れる電流を通じて検出する。ただし、検出できる電流は極めて微弱であるので、周知のオペアンプによる電流電圧変換回路を介して電圧信号に変換すると共に、電圧増幅を行う。
The operation principle of the capacitive position detector will be described.
Electrode wires are wired in a grid pattern on the front and back of a rectangular insulating sheet. An AC signal is applied to the electrode wire on one surface, and current is detected from the electrode wire on the back surface via the insulating sheet. Since a capacitor is formed through an insulating sheet at the intersection of the electrode wires wired in a grid pattern, a current flows when an AC voltage is applied to both electrode wires.
At this time, when the frequency of the AC signal is set to 200 kHz, for example, and a human finger is brought close to one electrode line, a phenomenon occurs in which a part of the electric charge stored in the capacitor by the AC voltage is absorbed by the human body. A change in the capacitance of the capacitor caused by a part of the electric charge absorbed by the human body is detected through a current flowing through the capacitor. However, since the current that can be detected is extremely weak, it is converted into a voltage signal through a current-voltage conversion circuit using a known operational amplifier, and voltage amplification is performed.

電流電圧変換処理を施して増幅した信号であっても、元々が微弱な電流であるため、検出した信号には装置の周囲のノイズが混入してしまう。そこで、周知の差動増幅によるノイズキャンセリングを行う。
受信側の電極線から、指を検出できるだけの間隔を空けた二本の電極線を選択し、差動増幅器にそれぞれ受信側の電極線を接続すると、一方の電極線に指が近づいていれば、他方の電極線には指が近づいていないので、それぞれの信号の差をとることで、指の存在を検出できる。また、双方の電極線に同相で混入するノイズ成分は、差動増幅器で相殺される。
なお、本出願人の発明に係る従来技術を、特許文献1に示す。
Even a signal amplified by current-voltage conversion processing is originally a weak current, and therefore noise around the apparatus is mixed into the detected signal. Therefore, noise canceling using a known differential amplification is performed.
If two electrode lines that are spaced enough to detect the finger are selected from the electrode lines on the receiving side, and each electrode line on the receiving side is connected to the differential amplifier, the finger is close to one of the electrode lines. Since the finger is not approaching the other electrode line, the presence of the finger can be detected by taking the difference between the signals. Further, noise components mixed in both electrode lines in the same phase are canceled by the differential amplifier.
The prior art relating to the applicant's invention is shown in Patent Document 1.

特開平10−020992号公報JP-A-10-020992

ところで、一般的に電磁波等を受信する機能を備える電子機器をごく一般的な屋内で使用する場合、周囲の電灯線のハムノイズ等が、人体を介して当該電子機器に混入してしまう。
このような人体を解して混入するノイズの場合、前述のような受信側の電極線の構成では、差動増幅器によって相殺することができない、という問題が生じる。その結果、指の位置を正しく検出できなくなったり、位置検出装置自体の誤動作を引き起こすという問題を生じる。
By the way, in general, when an electronic device having a function of receiving electromagnetic waves or the like is used indoors, a hum noise or the like of a surrounding power line is mixed into the electronic device through a human body.
In the case of such noise mixed through the human body, there is a problem that the configuration of the receiving electrode line as described above cannot be canceled by the differential amplifier. As a result, there arises a problem that the position of the finger cannot be correctly detected or the position detecting device itself malfunctions.

本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、簡単な構成で人体を介して混入するノイズも効果的に相殺できる、ノイズに強い静電センサと、これを用いた位置検出装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above points, and provides a noise-resistant electrostatic sensor capable of effectively canceling out noise mixed through a human body with a simple configuration, and a position detection device using the same. For the purpose.

上記課題を解決するために、本発明の位置検出装置は、所定の数のランド部を有する導体パターンが第一の方向に複数配置されるとともに、第一の方向に対して交差する第二の方向であってランド部の近傍に少なくとも二本の導体パターンが互いに近接してランド部を有する導体パターンとは電気的に絶縁されてなるセンサと、第一の方向に配置された導体パターンに所定の信号を供給するための信号供給回路と、第二の方向に配置された二本の導体パターンからの信号が供給されて両者の差動信号を生成するための差動増幅回路を有する信号検出回路と、を備えることで、センサ上の指示体の位置を第一の方向に配置された導体パターンと第二の方向に配置された導体との間の静電結合の変化に基づいて求めるようにしたものである。   In order to solve the above-described problem, the position detection device according to the present invention includes a plurality of conductor patterns having a predetermined number of land portions arranged in the first direction and the second crossing the first direction. A sensor in which at least two conductor patterns in the direction and in the vicinity of the land portion are close to each other and electrically insulated from the conductor pattern having the land portion, and a conductor pattern arranged in the first direction is predetermined. Detecting signal having a signal supply circuit for supplying the signal and a differential amplifier circuit for generating a differential signal of the two signals supplied from two conductor patterns arranged in the second direction The position of the indicator on the sensor is obtained based on a change in electrostatic coupling between the conductor pattern arranged in the first direction and the conductor arranged in the second direction. It is a thing.

センサ基板上に送信電極となる所定の数のランド部を有する導体パターンを交互に配置し、この導体パターンに直交する受信電極となる二本の導体パターンを設けて、静電センサを構成した。この静電センサは、不平衡な信号を出力する導体パターン形状を交互に組み合わせて、通常状態で信号が平衡した状態を形成する。本発明の位置検出装置は、この静電センサを用いている。これにより、回路構成がシンプルで、ノイズに強く、スキャン速度が速い、実用的な位置検出装置を提供できる。   An electrostatic sensor was configured by alternately arranging conductor patterns having a predetermined number of land portions serving as transmission electrodes on the sensor substrate, and providing two conductor patterns serving as reception electrodes orthogonal to the conductor patterns. This electrostatic sensor forms a state in which signals are balanced in a normal state by alternately combining conductor pattern shapes that output unbalanced signals. The position detection device of the present invention uses this electrostatic sensor. This makes it possible to provide a practical position detection device that has a simple circuit configuration, is resistant to noise, and has a high scanning speed.

本発明により、簡単な構成で人体を介して混入するノイズも効果的に相殺できる、ノイズに強い静電センサと、これを用いた位置検出装置を提供できる。   According to the present invention, it is possible to provide a noise-resistant electrostatic sensor capable of effectively canceling out noise mixed through a human body with a simple configuration, and a position detection device using the same.

本発明の第一の実施形態の例である、静電センサセルの外観斜視図である。It is an external appearance perspective view of the electrostatic sensor cell which is an example of 1st embodiment of this invention. 本発明の第一の実施形態の例である、静電センサセルを横と上から見た外観図である。It is the external view which looked at the electrostatic sensor cell which is an example of 1st embodiment of this invention from the side and the top. 本発明の第一の実施形態の例である、静電スイッチのブロック図である。It is a block diagram of an electrostatic switch which is an example of a first embodiment of the present invention. 静電スイッチの原理を説明する図である。It is a figure explaining the principle of an electrostatic switch. 静電スイッチの原理を説明する図と等価回路である。It is the figure explaining the principle of an electrostatic switch, and an equivalent circuit. 静電スイッチの動作を説明するための波形図である。It is a wave form diagram for demonstrating operation | movement of an electrostatic switch. 本発明の第二の実施形態の例である、静電スイッチのブロック図である。It is a block diagram of the electrostatic switch which is an example of 2nd embodiment of this invention. 静電スイッチの動作を説明するための波形図である。It is a wave form diagram for demonstrating operation | movement of an electrostatic switch. 本発明の第三の実施形態の例である、位置検出装置の外観斜視図である。It is an external appearance perspective view of the position detection apparatus which is an example of 3rd embodiment of this invention. 位置検出装置のブロック図である。It is a block diagram of a position detection apparatus. 送信スイッチ部のブロック図である。It is a block diagram of a transmission switch part. 受信スイッチ部のブロック図である。It is a block diagram of a reception switch part. アナログ信号処理部のブロック図である。It is a block diagram of an analog signal processing unit. 制御部のブロック図である。It is a block diagram of a control part. 位置検出装置の原理を説明するための等価回路図である。It is an equivalent circuit diagram for demonstrating the principle of a position detection apparatus. 位置検出装置の動作を説明するための波形図である。It is a wave form diagram for demonstrating operation | movement of a position detection apparatus. 指を検出する動作原理を説明する説明図である。It is explanatory drawing explaining the principle of operation which detects a finger | toe. 本発明の第四の実施形態の例である位置検出装置の、指を検出する動作原理を説明する説明図である。It is explanatory drawing explaining the operation principle which detects the finger | toe of the position detection apparatus which is an example of 4th embodiment of this invention. センサ基板の配線パターンの一例を示す概略図である。It is the schematic which shows an example of the wiring pattern of a sensor board | substrate. センサ基板の配線パターンの一例を示す概略図である。It is the schematic which shows an example of the wiring pattern of a sensor board | substrate.

以下、本発明の実施の形態を、図1〜図20を参照して説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to FIGS.

[単一の静電センサセルで構成される静電スイッチ]
最初に、発明の原理を説明するために、単一の静電センサセルと、これを用いて構成される静電スイッチについて、説明する。
静電センサセルについて、図1及び図2に従って説明する。ここで、図1は本発明の静電センサセルの斜視図、図2(a)は本発明の静電センサセルの断面図、図2(b)は本発明の静電センサセルの上面図である。
まず、静電センサセルの概略構成について説明する。図1及び図2に示すように、静電センサセル101は、略平板状の絶縁シート202と、送信導体102と、複数の受信電極103と、保護シート203とから構成される。
[Electrostatic switch consisting of a single electrostatic sensor cell]
First, in order to explain the principle of the invention, a single electrostatic sensor cell and an electrostatic switch constructed using the same will be described.
The electrostatic sensor cell will be described with reference to FIGS. Here, FIG. 1 is a perspective view of the electrostatic sensor cell of the present invention, FIG. 2A is a sectional view of the electrostatic sensor cell of the present invention, and FIG. 2B is a top view of the electrostatic sensor cell of the present invention.
First, a schematic configuration of the electrostatic sensor cell will be described. As shown in FIGS. 1 and 2, the electrostatic sensor cell 101 includes a substantially flat insulating sheet 202, a transmission conductor 102, a plurality of reception electrodes 103, and a protection sheet 203.

図2(a)に示すように、送信導体102は、絶縁シート202の一方の面に設けられる。この送信導体102は、図1に示すように、導体からなる本体部102aと、ランド部102bとから構成される。本体部102aは、所定の幅を有し、静電センサセル101のX軸方向(第一の方向)に形成される。ランド部102bは、本体部102aに設けられ、例えば、静電センサセル101のY軸方向(第一の方向に対し直交する方向である第二の方向)に形成される。   As shown in FIG. 2A, the transmission conductor 102 is provided on one surface of the insulating sheet 202. As shown in FIG. 1, the transmission conductor 102 includes a main body portion 102a made of a conductor and a land portion 102b. The main body 102a has a predetermined width and is formed in the X-axis direction (first direction) of the electrostatic sensor cell 101. The land portion 102b is provided in the main body portion 102a, and is formed, for example, in the Y-axis direction of the electrostatic sensor cell 101 (a second direction that is a direction orthogonal to the first direction).

受信電極103は、絶縁シート202の他方の面に設けられた導体からなる一対の第一及び第二受信導体103a、103bからなる。この第一及び第二受信導体103a、103bは、互いに略平行に設けられ、それぞれがY軸方向に形成される。
保護シート203は、人体の指と受信電極103とが直接接触することを防止するための略平板状に形成された絶縁体である。この保護シート203は、静電センサセル101の他方の面全体を覆うように設けられる。
The reception electrode 103 includes a pair of first and second reception conductors 103a and 103b made of a conductor provided on the other surface of the insulating sheet 202. The first and second receiving conductors 103a and 103b are provided substantially parallel to each other, and are formed in the Y-axis direction.
The protective sheet 203 is an insulator formed in a substantially flat plate shape for preventing direct contact between a human finger and the receiving electrode 103. The protective sheet 203 is provided so as to cover the entire other surface of the electrostatic sensor cell 101.

図3は、静電スイッチのブロック図である。
図3に示すように、静電スイッチ301は静電センサセル101に所定の回路を接続することで、スイッチとして機能する。静電スイッチ301は、静電センサセル101の点線で囲まれた領域P314に指を近づけると、論理出力が反転する。
信号源302は、交流或はパルス信号等の、一定電圧且つ一定周波数の、周期的な信号を発生する。
この信号源302から発される信号が、送信導体102に与えられる。
FIG. 3 is a block diagram of the electrostatic switch.
As shown in FIG. 3, the electrostatic switch 301 functions as a switch by connecting a predetermined circuit to the electrostatic sensor cell 101. When the electrostatic switch 301 brings a finger close to the area P314 surrounded by the dotted line of the electrostatic sensor cell 101, the logic output is inverted.
The signal source 302 generates a periodic signal having a constant voltage and a constant frequency, such as an alternating current or a pulse signal.
A signal emitted from the signal source 302 is supplied to the transmission conductor 102.

一方、第一受信導体103aと第二受信導体103bの二本の受信電極には、夫々抵抗R303及びR304とオペアンプ305及び306が接続される。抵抗R303とオペアンプ305、及び抵抗R304とオペアンプ306は、それぞれ周知の電流電圧変換回路を構成する。
オペアンプ305及び306の出力信号は、それぞれ差動増幅器307に入力される。
以上の、信号源302、静電センサセル101、抵抗R303とオペアンプ305、及び抵抗R304とオペアンプ306、そして差動増幅器307よりなる静電センサ部308が、静電スイッチ301の基本構成である。
On the other hand, resistors R303 and R304 and operational amplifiers 305 and 306 are connected to the two receiving electrodes of the first receiving conductor 103a and the second receiving conductor 103b, respectively. The resistor R303 and the operational amplifier 305, and the resistor R304 and the operational amplifier 306 constitute a known current-voltage conversion circuit, respectively.
The output signals of the operational amplifiers 305 and 306 are input to the differential amplifier 307, respectively.
The electrostatic sensor unit 308 including the signal source 302, the electrostatic sensor cell 101, the resistor R 303 and the operational amplifier 305, the resistor R 304 and the operational amplifier 306, and the differential amplifier 307 is the basic configuration of the electrostatic switch 301.

差動増幅器307の出力信号は非常に微弱な交流信号である。このままではスイッチとしての機能を果たさない。そこで、後続の回路でスイッチとしての機能を実現する。
乗算器309は、差動増幅器307の出力信号と信号源302の出力信号をアナログ乗算処理する回路である。乗算器309によって、信号の負の周期の部分が正の信号に転換され、結果的に全波整流されたものと等しい信号が得られる。なお、この乗算器309は同期検波器であっても良い。
乗算器309の出力信号は、ローパスフィルタ(LPF)310に供給されると、高周波成分が除去され、平滑化される。
LPF310で平滑化された信号は、コンパレータ311で基準電圧と比較される。その比較結果である論理値(出力電圧の高低)が、スイッチ出力として出力される。
The output signal of the differential amplifier 307 is a very weak AC signal. As it is, it does not function as a switch. Therefore, the function as a switch is realized in the subsequent circuit.
The multiplier 309 is a circuit that performs analog multiplication processing on the output signal of the differential amplifier 307 and the output signal of the signal source 302. Multiplier 309 converts the negative period portion of the signal into a positive signal, resulting in a signal equal to the full wave rectified signal. The multiplier 309 may be a synchronous detector.
When the output signal of the multiplier 309 is supplied to a low-pass filter (LPF) 310, the high-frequency component is removed and smoothed.
The signal smoothed by the LPF 310 is compared with a reference voltage by a comparator 311. A logical value (output voltage level) that is the comparison result is output as a switch output.

なお、LPF310の代わりに積分器を用いることもできる。積分器を利用する場合は、周期的にリセットを掛ける必要がある。また、積分器を利用する際には、コンパレータ311で電圧比較をする代わりに、A/D変換器でデジタル値に変換して、数値比較をしてもよい。A/D変換器のサンプリングのタイミングは、積分器にリセットを掛ける直前に行うことが望ましい。   An integrator may be used instead of the LPF 310. When using an integrator, it is necessary to periodically reset. Further, when using an integrator, instead of performing voltage comparison by the comparator 311, it may be converted to a digital value by an A / D converter to perform numerical comparison. The sampling timing of the A / D converter is preferably performed immediately before the integrator is reset.

以上説明したように、静電センサ部308の後続の回路構成は、様々な変形が可能である。一方、静電センサ部308の回路構成は、前述の、信号源302、静電センサセル101、抵抗R303とオペアンプ305、及び抵抗R304、そして差動増幅器307という構成から大きく逸脱し難い。特に、静電センサセル101の送信導体102が非対称であることが、静電センサセル101の容量変化を検出するために必要であるので、差動増幅器307は必須の構成要素である。
故に、静電センサ部308は、対称形の二本の受信電極と、非対称形の一本の送信導体102よりなる静電センサセル101と、二本の受信電極に接続される差動増幅器307が必須である。
As described above, the circuit configuration subsequent to the electrostatic sensor unit 308 can be variously modified. On the other hand, the circuit configuration of the electrostatic sensor unit 308 hardly deviates from the configuration of the signal source 302, the electrostatic sensor cell 101, the resistor R303 and the operational amplifier 305, the resistor R304, and the differential amplifier 307 described above. In particular, since it is necessary for the transmission conductor 102 of the electrostatic sensor cell 101 to be asymmetric in order to detect a change in capacitance of the electrostatic sensor cell 101, the differential amplifier 307 is an essential component.
Therefore, the electrostatic sensor unit 308 includes two symmetrical receiving electrodes, an electrostatic sensor cell 101 including one asymmetrical transmitting conductor 102, and a differential amplifier 307 connected to the two receiving electrodes. It is essential.

図4及び図5を参照して、静電スイッチ301の原理と等価回路を説明する。図4(a)及び(b)は、静電スイッチ301の原理を説明する図である。図5(a)、(b)、(c)、(d)及び(e)は、静電スイッチ301の原理を説明する図と等価回路である。図4(a)は、静電センサセル101の上に指が近接している状態を上から見た図である。図4(b)は、静電センサセル101の上に指が近接している状態を横から見た図である。図5(a)は、図4(a)と同じ、静電センサセル101を上から見た図である。但し、指402は省略している。図5(b)は、図4(d)と同じ、静電センサセル101の上に指402が近接していない状態の静電センサセル101を横から見た図である。図5(c)は、図5(b)の等価回路である。但し、電流電圧変換回路は省略している。図5(d)は、図4(c)と同じ、静電センサセル101の上に指402が近接している状態の静電センサセル101を横から見た図である。図5(e)は、図5(d)の等価回路である。但し、電流電圧変換回路は省略している。   The principle and equivalent circuit of the electrostatic switch 301 will be described with reference to FIGS. 4A and 4B are diagrams for explaining the principle of the electrostatic switch 301. FIG. 5A, 5B, 5C, 5D, and 5E are diagrams for explaining the principle of the electrostatic switch 301 and an equivalent circuit. FIG. 4A is a view of a state in which a finger is close to the electrostatic sensor cell 101 as viewed from above. FIG. 4B is a side view of a state in which a finger is close to the electrostatic sensor cell 101. FIG. 5A is a view of the electrostatic sensor cell 101 as seen from above, which is the same as FIG. However, the finger 402 is omitted. FIG. 5B is a view from the side of the electrostatic sensor cell 101 in a state where the finger 402 is not in proximity to the electrostatic sensor cell 101, as in FIG. FIG. 5C is an equivalent circuit of FIG. However, the current-voltage conversion circuit is omitted. FIG. 5D is a view from the side of the electrostatic sensor cell 101 in the state where the finger 402 is close to the electrostatic sensor cell 101, as in FIG. 4C. FIG. 5E is an equivalent circuit of FIG. However, the current-voltage conversion circuit is omitted.

図4(a)及び(b)に示すように、指402は静電センサセル101の、送信導体102のランド部102bから第一受信導体103a及び第二受信導体103bの、二本の受信電極に跨るように覆い被さる。
人体は、電気的に見ると導体と等価とみなすことができる。そこで、指402を導体とみなして、図4(b)を電気的に見ると、送信導体102と第一受信導体103aと第二受信導体103bと指402との間に、図5(d)に示すようなコンデンサが形成されるものと考えることができる。
指402がないときは、図5(b)に示すようなコンデンサが形成されるものと考えることができる。
As shown in FIGS. 4A and 4B, the finger 402 extends from the land portion 102 b of the transmission conductor 102 to the two reception electrodes of the first reception conductor 103 a and the second reception conductor 103 b of the electrostatic sensor cell 101. Cover to cover.
The human body can be regarded as equivalent to a conductor when viewed electrically. Therefore, when the finger 402 is regarded as a conductor and FIG. 4B is viewed electrically, the transmission conductor 102, the first reception conductor 103 a, the second reception conductor 103 b, and the finger 402, FIG. It can be considered that a capacitor as shown in FIG.
When there is no finger 402, it can be considered that a capacitor as shown in FIG. 5B is formed.

図5(b)及び(c)の状態を考察する。
静電センサセル101の上に指402が近接していない状態では、送信導体102のランド部102bが、第二受信導体103bの長手方向と対向しているので、ランド部102bと第二受信導体103bの長手方向との対向部分に、コンデンサCpaが形成される。
一方、第一受信導体103aと、送信導体102とが対向している箇所の長さはランド部102bと第二受信導体103bの名が手方向との対向部分より短い。送信導体102と第一受信導体103aの長手方向との対向部分には、コンデンサCpaよりも静電容量が小さいコンデンサCmaが形成される。
Consider the states of FIGS. 5B and 5C.
In a state where the finger 402 is not in proximity to the electrostatic sensor cell 101, the land portion 102b of the transmission conductor 102 faces the longitudinal direction of the second reception conductor 103b, and thus the land portion 102b and the second reception conductor 103b. A capacitor Cpa is formed in a portion facing the longitudinal direction.
On the other hand, the length of the location where the first receiving conductor 103a and the transmitting conductor 102 are opposed is shorter than the portion where the land portion 102b and the second receiving conductor 103b are opposed to the hand direction. A capacitor Cma having a capacitance smaller than that of the capacitor Cpa is formed at a portion where the transmission conductor 102 and the first reception conductor 103a are opposed to each other in the longitudinal direction.

図3で説明したように、差動増幅器307は、プラス側の受信電極である第二受信導体103bに流れる電流に応じた電圧と、マイナス側の受信電極である第一受信導体103aに流れる電流に応じた電圧との差を出力する。
図5(c)において、第二受信導体103bに流れる電流は、コンデンサCp1とCp2の合成容量に流れる電流である。同様に、第一受信導体103aに流れる電流は、コンデンサCm1とCm2の合成容量に流れる電流である。
周知のように、コンデンサの静電容量は、近接する電極の距離に反比例し、電極の重なる面積に比例する。
As described with reference to FIG. 3, the differential amplifier 307 includes a voltage corresponding to a current flowing through the second receiving conductor 103b that is a plus-side receiving electrode and a current flowing through the first receiving conductor 103a that is a minus-side receiving electrode. Outputs the difference from the voltage according to.
In FIG. 5C, the current flowing through the second receiving conductor 103b is the current flowing through the combined capacitance of the capacitors Cp1 and Cp2. Similarly, the current flowing through the first receiving conductor 103a is the current flowing through the combined capacitance of the capacitors Cm1 and Cm2.
As is well known, the capacitance of a capacitor is inversely proportional to the distance between adjacent electrodes and proportional to the area of electrodes overlapping.

図5(a)を見ると、第二受信導体103bには、送信導体102のランド部102bが近接している。このため、第一受信導体103aと比べると、第二受信導体103bは、その長手方向とランド部102bの辺が近接している箇所で、静電容量が増加している。つまり、指402が近接していない状態では、Cp2>Cm2という関係が成り立っている。
コンデンサに流れる電流はコンデンサの静電容量に反比例するので、図5(c)では差動増幅器307のプラス側端子に偏った検出結果が得られる。
As shown in FIG. 5A, the land portion 102b of the transmission conductor 102 is close to the second reception conductor 103b. For this reason, compared with the 1st receiving conductor 103a, as for the 2nd receiving conductor 103b, the electrostatic capacitance has increased in the location where the longitudinal direction and the edge | side of the land part 102b are adjoining. That is, in a state where the finger 402 is not in proximity, the relationship Cp2> Cm2 is established.
Since the current flowing through the capacitor is inversely proportional to the capacitance of the capacitor, a detection result biased toward the positive terminal of the differential amplifier 307 is obtained in FIG.

これに対し、図5(d)及び(e)の、指402が近接している状態の等価回路を考察する。なお、図5(e)中、Cfとは、人体自身の静電容量である。
図5(e)において、第二受信導体103bに流れる電流は、コンデンサCp1に流れる電流と、Cpbに流れる電流の和である。Cpbに流れる電流は、CpaとCmaの合成容量(Cpa+Cma)と、CpbとCmbとCfの合成容量(Cpb+Cmb+Cf)との合成容量から、Cpbに流れる電流を計算することとなる。
以上の考察より導かれる、コンデンサCp1と、Cpa、Cma、Cpb、Cmb及びCfの合成容量は、以下の式になる。
On the other hand, consider the equivalent circuit in FIG. 5D and FIG. In FIG. 5E, Cf is the capacitance of the human body itself.
In FIG. 5E, the current flowing through the second receiving conductor 103b is the sum of the current flowing through the capacitor Cp1 and the current flowing through Cpb. The current flowing through Cpb is calculated from the combined capacitance of Cpa and Cma (Cpa + Cma) and the combined capacitance of Cpb, Cmb, and Cf (Cpb + Cmb + Cf).
The combined capacitance of the capacitor Cp1 and Cpa, Cma, Cpb, Cmb, and Cf derived from the above consideration is expressed by the following equation.

同様に、第一受信導体103aに流れる電流は、コンデンサCm1と、Cpa、Cma、そしてCmb、Cpb及びCfの合成容量である。
以上の考察より導かれる、コンデンサCm1と、Cma、Cpa、Cmb、Cpb及びCfの合成容量は、以下の式になる。
Similarly, the current flowing through the first receiving conductor 103a is a combined capacity of the capacitor Cm1, Cpa, Cma, and Cmb, Cpb, and Cf.
The combined capacitance of the capacitor Cm1 and Cma, Cpa, Cmb, Cpb, and Cf, which is derived from the above consideration, is as follows.

次に、上述の二つの式の、合成容量を引き算する。引き算して得られる静電容量の値が、最終的に差動増幅器307で得られる電流値を決定する。
第二受信導体103bと第一受信導体103aの太さ、高さ等のサイズが全く等しいことを考慮すると、
Cp1≒Cm1
Cpb≒Cmb
が導ける。
すると、以下のように、式の結果はほぼゼロとなる。
Next, the combined capacity of the above two equations is subtracted. The capacitance value obtained by subtraction determines the current value finally obtained by the differential amplifier 307.
Considering that the sizes of the second receiving conductor 103b and the first receiving conductor 103a are exactly the same in size, height, etc.
Cp1≈Cm1
Cpb ≒ Cmb
Can lead.
Then, the result of the equation becomes almost zero as follows.

以上の考察により言えることは、導体である指402が静電センサセル101を覆うと、プラス側受信電極とマイナス側受信電極の静電容量の差が殆どなくなる、ということである。   What can be said from the above consideration is that when the finger 402 as a conductor covers the electrostatic sensor cell 101, there is almost no difference in capacitance between the plus-side receiving electrode and the minus-side receiving electrode.

図6(a)、(b)、(c)、(d)、(e)、(f)、(g)及び(h)は、静電スイッチ301の動作を説明するための波形図である。図5に基づく各種波形の考察である。なお、図6では、説明を判り易くするため、第一受信導体103aをマイナス側受信電極と、第二受信導体103bをプラス側受信電極と読み替える。図6(a)は、静電センサセル101の上に指402が近接していない状態で、プラス側受信電極に現れる電流の波形である。図6(b)は、静電センサセル101の上に指402が近接していない状態で、マイナス側受信電極に現れる電流の波形である。図6(c)は、静電センサセル101の上に指402が近接していない状態で、差動増幅器307に現れる電圧波形である。図6(d)は、静電センサセル101の上に指402が近接している状態で、プラス側受信電極に現れる電流の波形である。図6(e)は、静電センサセル101の上に指402が近接している状態で、マイナス側受信電極に現れる電流の波形である。図6(f)は、静電センサセル101の上に指402が近接している状態で、差動増幅器307に現れる電圧波形である。図6(g)は、静電センサセル101の上に指402が近接していない状態で、乗算器309に現れる電圧波形である。図6(h)は、静電センサセル101の上に指402が近接している状態で、乗算器309に現れる電圧波形である。   6A, 6B, 6C, 6D, 6E, 6G, and 6H are waveform diagrams for explaining the operation of the electrostatic switch 301. FIG. . This is a consideration of various waveforms based on FIG. In FIG. 6, the first receiving conductor 103a is read as a minus receiving electrode, and the second receiving conductor 103b is read as a plus receiving electrode for easy understanding. FIG. 6A shows a waveform of a current that appears at the plus-side receiving electrode in a state where the finger 402 is not in proximity to the electrostatic sensor cell 101. FIG. 6B is a waveform of a current that appears at the negative receiving electrode in a state where the finger 402 is not in proximity to the electrostatic sensor cell 101. FIG. 6C shows a voltage waveform that appears in the differential amplifier 307 in a state where the finger 402 is not in proximity to the electrostatic sensor cell 101. FIG. 6D shows a waveform of a current that appears at the plus-side receiving electrode when the finger 402 is close to the electrostatic sensor cell 101. FIG. 6E shows a waveform of a current that appears at the negative receiving electrode in a state where the finger 402 is close to the electrostatic sensor cell 101. FIG. 6F shows a voltage waveform that appears in the differential amplifier 307 when the finger 402 is close to the electrostatic sensor cell 101. FIG. 6G shows a voltage waveform that appears in the multiplier 309 when the finger 402 is not in proximity to the electrostatic sensor cell 101. FIG. 6H shows a voltage waveform that appears in the multiplier 309 when the finger 402 is close to the electrostatic sensor cell 101.

静電センサセル101の上に指402が近接していない状態の、静電センサ部308の動作を説明する。
図6(a)と(b)を比較すると、前述のCp2>Cm2という関係から、プラス側受信電極に現れる電流の波形の振幅の方が、マイナス側受信電極に現れる電流の波形の振幅より大きい。
したがって、図6(a)の波形の信号から(b)の波形の信号を差し引いた結果である、差動増幅器307の出力信号は、図6(c)のようになる。
An operation of the electrostatic sensor unit 308 in a state where the finger 402 is not in proximity to the electrostatic sensor cell 101 will be described.
Comparing FIGS. 6A and 6B, the amplitude of the waveform of the current that appears at the plus-side receiving electrode is larger than the amplitude of the waveform of the current that appears at the minus-side receiving electrode because of the relationship Cp2> Cm2. .
Therefore, the output signal of the differential amplifier 307, which is the result of subtracting the signal having the waveform (b) from the signal having the waveform shown in FIG. 6 (a), is as shown in FIG. 6 (c).

次に、静電センサセル101の上に指402が近接している状態の、静電センサ部308の動作を説明する。
指402が静電センサセル101の上に近接すると、プラス側受信電極及びマイナス側受信電極から見た静電センサセル101の静電容量が増加する。このため、図6(d)と(e)は、それぞれ図6(a)と(b)と比べて、波形の振幅が大きくなっている。また、前述の式にて説明したように、図6(d)と(e)の波形の振幅は殆ど同じである。
したがって、図6(d)の波形の信号から(e)の波形の信号を差し引いた結果である、差動増幅器307の出力信号は、図6(f)のようになる。図6(c)の波形と比べると、その振幅は非常に小さい。
Next, the operation of the electrostatic sensor unit 308 when the finger 402 is close to the electrostatic sensor cell 101 will be described.
When the finger 402 comes close to the electrostatic sensor cell 101, the capacitance of the electrostatic sensor cell 101 as viewed from the plus side receiving electrode and the minus side receiving electrode increases. For this reason, the amplitudes of the waveforms in FIGS. 6D and 6E are larger than those in FIGS. 6A and 6B, respectively. Further, as described in the above formula, the amplitudes of the waveforms in FIGS. 6D and 6E are almost the same.
Therefore, the output signal of the differential amplifier 307, which is the result of subtracting the signal of the waveform (e) from the signal of the waveform of FIG. 6 (d), is as shown in FIG. 6 (f). Compared with the waveform of FIG. 6C, the amplitude is very small.

図6(c)の信号を乗算器309に入力すると、図6(g)のように所定の振幅を持つ脈流が得られる。図6(f)の信号を乗算器309に入力すると、図6(h)のように図6(g)より振幅の小さい脈流が得られる。
つまり、指402が静電センサセル101に近づくと、出力信号の振幅が小さくなる。静電スイッチ301はこの出力信号の振幅の変化を認識する。
When the signal of FIG. 6C is input to the multiplier 309, a pulsating flow having a predetermined amplitude is obtained as shown in FIG. When the signal shown in FIG. 6 (f) is input to the multiplier 309, a pulsating current having a smaller amplitude than that shown in FIG. 6 (g) is obtained as shown in FIG. 6 (h).
That is, when the finger 402 approaches the electrostatic sensor cell 101, the amplitude of the output signal decreases. The electrostatic switch 301 recognizes the change in the amplitude of the output signal.

[二つの静電センサセル101で構成される静電スイッチ]
次に、先に説明した単一の静電センサセルを二つ互い違いに組み合わせたものを用いて構成される静電スイッチについて説明する。
図7は、静電スイッチのブロック図である。なお、図7に示す構成要素のうち、図3と同じものには同じ符号を付している。
図7の静電スイッチ701は、図3に示した静電スイッチ301と比べると、回路部分の構成は全く同じである。唯一異なるのは、静電センサセル101が二つ組み合わされている点である。これ以降、二つの静電センサセル101が互い違いに組み合わされているものを、静電センサユニット702と呼ぶ。静電センサユニット702は、第一受信導体103a及び第二受信導体103bを共通する、二つの静電センサセル101を互い違いに組み合わせた集合体である。
[Electrostatic switch composed of two electrostatic sensor cells 101]
Next, an electrostatic switch constituted by using two single electrostatic sensor cells described above in combination with each other will be described.
FIG. 7 is a block diagram of the electrostatic switch. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the same component as FIG. 3 among the components shown in FIG.
The electrostatic switch 701 in FIG. 7 has the same circuit configuration as the electrostatic switch 301 shown in FIG. The only difference is that two electrostatic sensor cells 101 are combined. Hereinafter, one in which two electrostatic sensor cells 101 are alternately combined is referred to as an electrostatic sensor unit 702. The electrostatic sensor unit 702 is an assembly in which two electrostatic sensor cells 101 having a common first receiving conductor 103a and second receiving conductor 103b are alternately combined.

第一受信導体103a及び第二受信導体103bの、二本の受信電極の下側には、第一送信電極703及び第二送信電極704の、二本の送信電極が互い違いに、且つ受信電極と直交する向きに並べられている。
指402の存在を検出する際には、指402は点線で囲まれた領域P705に近づける。領域P705は、静電センサユニット702を構成する二つの静電センサセル101のうちの、片方を覆う領域である。
Below the two reception electrodes of the first reception conductor 103a and the second reception conductor 103b, the two transmission electrodes of the first transmission electrode 703 and the second transmission electrode 704 are staggered, and They are arranged in an orthogonal direction.
When detecting the presence of the finger 402, the finger 402 is brought close to a region P705 surrounded by a dotted line. The region P705 is a region that covers one of the two electrostatic sensor cells 101 constituting the electrostatic sensor unit 702.

図8(a)、(b)、(c)、(d)及び(e)は、静電スイッチ701の動作を説明するための波形図である。図8(a)は、領域P705の上に指402が近接していない状態で、第一送信電極703にのみ信号源302を接続したと仮定した場合に、差動増幅器307に現れる電圧波形である。図8(b)は、領域P705の上に指402が近接していない状態で、第二送信電極704にのみ信号源302を接続したと仮定した場合に、差動増幅器307に現れる電圧波形である。図8(c)は、領域P705の上に指402が近接していない状態で、第一送信電極703及び第二送信電極704に信号源302を接続している場合に、差動増幅器307に現れる電圧波形である。図8(d)は、領域P705の上に指402が近接している状態で、第一送信電極703にのみ信号源302を接続したと仮定した場合に、差動増幅器307に現れる電圧波形である。図8(e)は、領域P705の上に指402が近接している状態で、第一送信電極703及び第二送信電極704に信号源302を接続している場合に、差動増幅器307に現れる電圧波形である。   FIGS. 8A, 8B, 8C, 8D, and 8E are waveform diagrams for explaining the operation of the electrostatic switch 701. FIG. FIG. 8A shows a voltage waveform that appears in the differential amplifier 307 when it is assumed that the signal source 302 is connected only to the first transmission electrode 703 in a state where the finger 402 is not in proximity to the region P705. is there. FIG. 8B shows a voltage waveform appearing in the differential amplifier 307 when it is assumed that the signal source 302 is connected only to the second transmission electrode 704 in a state where the finger 402 is not in proximity to the region P705. is there. FIG. 8C shows the differential amplifier 307 when the signal source 302 is connected to the first transmission electrode 703 and the second transmission electrode 704 in a state where the finger 402 is not close to the region P705. This is the voltage waveform that appears. FIG. 8D shows a voltage waveform that appears in the differential amplifier 307 when it is assumed that the signal source 302 is connected only to the first transmission electrode 703 in a state where the finger 402 is close to the region P705. is there. FIG. 8E shows the differential amplifier 307 when the signal source 302 is connected to the first transmission electrode 703 and the second transmission electrode 704 in a state where the finger 402 is close to the region P705. This is the voltage waveform that appears.

図8(a)の波形は、図6(c)の波形と同じである。つまり、指402が領域P705に近づいていない状態で、静電センサセル101が一つだけの状態の、差動増幅器307の出力信号である。
図8(b)の波形は、図6(c)の波形の、位相が180°反転している。第二送信電極704の方向が第一送信電極703とは反対だからである。
図8(c)は、振幅が同じで、位相が180°反転している関係にある、図8(a)と(b)の波形を合成した結果である。つまり、指402が領域P705に近づいていない状態では、互い違いに配された静電センサセル101同士から得られる信号は、それぞれが打ち消し合ってゼロになる。
The waveform in FIG. 8A is the same as the waveform in FIG. That is, it is an output signal of the differential amplifier 307 in a state where the finger 402 is not approaching the region P705 and there is only one electrostatic sensor cell 101.
The waveform of FIG. 8B is 180 ° out of phase with the waveform of FIG. This is because the direction of the second transmission electrode 704 is opposite to the first transmission electrode 703.
FIG. 8C shows the result of synthesizing the waveforms shown in FIGS. 8A and 8B in which the amplitude is the same and the phase is inverted by 180 °. That is, in the state where the finger 402 is not approaching the region P705, the signals obtained from the alternately arranged electrostatic sensor cells 101 cancel each other and become zero.

これに対し、図8(d)の波形は、図6(f)の波形と同じである。つまり、指402が領域P705に近づいている状態の、差動増幅器307の出力信号である。
図8(e)は、図8(d)と(b)の波形を合成した結果である。つまり、指402が領域P705に近づいている状態では、互い違いに配された静電センサセル101同士から得られる信号は、片方の振幅が小さくなったために完全に打ち消し合わされず、差動増幅器307から信号が現れる。
On the other hand, the waveform in FIG. 8D is the same as the waveform in FIG. That is, it is an output signal of the differential amplifier 307 in a state where the finger 402 is approaching the region P705.
FIG. 8 (e) shows the result of synthesizing the waveforms of FIGS. 8 (d) and 8 (b). That is, in a state where the finger 402 is approaching the region P705, signals obtained from the electrostatic sensor cells 101 arranged alternately are not completely canceled because one of the amplitudes is reduced, and the signal from the differential amplifier 307 Appears.

前述の第一の実施形態では、指402が静電センサセル101を覆うことで、プラス側受信電極に現れる静電容量と、マイナス側受信電極に現れる静電容量の差が殆どなくなる現象を利用した、静電スイッチを開示した。
しかしながら、図6(i)で示したように、実際には指402が静電センサセル101にかかっても静電容量の差が完全にゼロになる訳ではない。様々な要因により、ある程度の差が生じる。また、ノイズによって誤差が生じる余地もある。
In the first embodiment described above, a phenomenon is used in which the finger 402 covers the electrostatic sensor cell 101 so that the difference between the electrostatic capacity appearing on the positive receiving electrode and the electrostatic capacity appearing on the negative receiving electrode is almost eliminated. An electrostatic switch has been disclosed.
However, as shown in FIG. 6 (i), even if the finger 402 is actually placed on the electrostatic sensor cell 101, the difference in capacitance is not completely zero. There are some differences due to various factors. There is also room for error due to noise.

スイッチに求められる性能は、オンの状態とオフの状態が明確であることである。つまり、指402が近接している状態、或は近接していない状態のどちらかで、完全にゼロの状態が得られることが望ましい。そこで、非対称に形成されている送信導体102を、もう一つ、反対方向に設ける。つまり、第一の実施形態の静電センサセルの対称形となるもう一つの静電センサセルを、組み合わせる。すると、相互に非対称の信号が打ち消しあって、指402がない状態でゼロの状態を、差動増幅器307から得ることができる。   The performance required for the switch is that the on state and the off state are clear. That is, it is desirable to obtain a completely zero state in either the state where the finger 402 is close or the state where the finger 402 is not close. Therefore, another transmission conductor 102 formed asymmetrically is provided in the opposite direction. That is, another electrostatic sensor cell that is symmetrical to the electrostatic sensor cell of the first embodiment is combined. Then, the mutually asymmetric signals cancel each other, and a zero state without the finger 402 can be obtained from the differential amplifier 307.

[静電センサセルを用いた位置検出装置]
非対称形状の静電センサセル101を交互に組み合わせてなる静電センサユニット702を、平面上に多数展開したセンサ基板を構成すると、位置検出装置が実現できる。
前述の第一の実施形態と、第二の実施形態は、この第三の実施形態の位置検出装置の動作原理の説明でもある。
[Position detection device using electrostatic sensor cell]
A position detection device can be realized by configuring a sensor substrate in which a large number of electrostatic sensor units 702 each formed by alternately combining asymmetrical electrostatic sensor cells 101 are developed on a plane.
The first embodiment and the second embodiment described above are also explanations of the operation principle of the position detection device of the third embodiment.

本発明が適用される位置検出装置の概略構成を図9に従って説明する。図9は、本発明が適用される位置検出装置を示す斜視図である。
本発明の実施の形態例(以下、「本例」という。)である位置検出装置901は、パーソナルコンピュータやPDA(Personal Digital Assistant)等の図示しない外部装置に接続して、これら外部装置の入力装置として用いられるものである。なお、特に図示して説明していないが、かかる位置検出装置901をパーソナルコンピュータ等に内蔵しても良い。
A schematic configuration of a position detection apparatus to which the present invention is applied will be described with reference to FIG. FIG. 9 is a perspective view showing a position detection apparatus to which the present invention is applied.
A position detection device 901 according to an embodiment of the present invention (hereinafter referred to as “this example”) is connected to an external device (not shown) such as a personal computer or a PDA (Personal Digital Assistant), and inputs from these external devices. It is used as a device. Although not specifically illustrated and described, the position detection device 901 may be built in a personal computer or the like.

本発明の実施の形態例(以下、「本例」という。)である位置検出装置901は、パーソナルコンピュータやPDA(Personal Digital Assistant)等の図示しない外部装置に接続することで、これら外部装置の入力装置として用いられるものである。なお、特に図示して説明していないが、かかる位置検出装置901をパーソナルコンピュータ等に内蔵しても良い。
この位置検出装置901は、指示体である人体(手指)や専用のペン(図示せず)を検出する位置検出平面902と、この位置検出平面902を有する中空の薄い略直方体をなす筐体等から構成されている。
そして、使用者がこの位置検出平面902上を指示体である人体(手指)や専用のペン(図示せず)を介してポインティング操作による文字や図等の入力や、各種操作が行われる。
A position detection device 901 according to an embodiment of the present invention (hereinafter referred to as “this example”) is connected to an external device (not shown) such as a personal computer or a PDA (Personal Digital Assistant), thereby It is used as an input device. Although not specifically illustrated and described, the position detection device 901 may be built in a personal computer or the like.
The position detection device 901 includes a position detection plane 902 that detects a human body (finger) that is an indicator and a dedicated pen (not shown), a housing that forms a hollow thin substantially rectangular parallelepiped having the position detection plane 902, and the like. It is composed of
Then, the user performs input of characters and drawings by pointing operation and various operations on the position detection plane 902 via a human body (finger) or a dedicated pen (not shown) as an indicator.

この位置検出装置901の位置検出平面902の直下には、図10で後述する静電センサが埋め込まれている。   Immediately below the position detection plane 902 of the position detection device 901, an electrostatic sensor described later in FIG. 10 is embedded.

次に、本発明の位置検出装置の回路構成を図10に従って説明する。
位置検出装置901は、静電センサ1002と、送信スイッチ部1003と、受信スイッチ部1004と、アナログ信号処理部1005と、A/D変換器1006と、制御部1007とから構成されている。
静電センサ1002は、略平板状の絶縁体の両面に導体からなる送信導体102と受信電極103とを複数設けて構成したセンサである。この複数の送信導体102は送信スイッチ部1003に接続され、複数の受信電極103は受信スイッチ部1004に接続されている。
Next, the circuit configuration of the position detection apparatus of the present invention will be described with reference to FIG.
The position detection device 901 includes an electrostatic sensor 1002, a transmission switch unit 1003, a reception switch unit 1004, an analog signal processing unit 1005, an A / D converter 1006, and a control unit 1007.
The electrostatic sensor 1002 is a sensor configured by providing a plurality of transmission conductors 102 and reception electrodes 103 made of a conductor on both surfaces of a substantially flat insulator. The plurality of transmission conductors 102 are connected to the transmission switch unit 1003, and the plurality of reception electrodes 103 are connected to the reception switch unit 1004.

受信スイッチ部1004は、検出しようとする受信電極103を選択するためのスイッチである。この受信スイッチ部1004は、後述する制御部1007からの制御信号が入力されるようになっており、この制御信号に基づいて任意の受信電極103を選択する。この受信スイッチ部1004の出力端子にはアナログ信号処理部1005が接続されている。受信スイッチ部1004の出力信号はアナログ信号処理部1005に供給される。
アナログ信号処理部1005は、受信スイッチ部1004からの出力信号に所定の処理を施すためのものである。このアナログ信号処理部1005に入力された信号は、所定の処理が施されて出力される。なお、この信号処理については後述する。
The reception switch unit 1004 is a switch for selecting the reception electrode 103 to be detected. The reception switch unit 1004 receives a control signal from a control unit 1007 to be described later, and selects an arbitrary reception electrode 103 based on the control signal. An analog signal processing unit 1005 is connected to the output terminal of the reception switch unit 1004. The output signal of the reception switch unit 1004 is supplied to the analog signal processing unit 1005.
The analog signal processing unit 1005 is for performing predetermined processing on the output signal from the reception switch unit 1004. The signal input to the analog signal processing unit 1005 is subjected to predetermined processing and output. This signal processing will be described later.

アナログ信号処理部1005から出力された出力信号は、A/D変換器1006に供給され、入力信号の電圧がデジタルデータに変換される。
A/D変換器1006の出力データは、例えばマイコンよりなる制御部1007に供給される。
制御部1007は送信スイッチ部1003、受信スイッチ部1004及びA/D変換器1006を制御すると共に、A/D変換器1006の出力データを基に、静電センサ1002上の指402の存在の有無とその位置を示す情報を出力する。
The output signal output from the analog signal processing unit 1005 is supplied to the A / D converter 1006, and the voltage of the input signal is converted into digital data.
The output data of the A / D converter 1006 is supplied to a control unit 1007 composed of, for example, a microcomputer.
The control unit 1007 controls the transmission switch unit 1003, the reception switch unit 1004, and the A / D converter 1006, and the presence / absence of the finger 402 on the electrostatic sensor 1002 based on the output data of the A / D converter 1006 And information indicating its position are output.

次に、静電センサ1002の詳細について、図10と、図1及び図2を参照して説明する。
まず、静電センサ1002の概略構成について説明する。図1及び図2(a)に示すように、静電センサ1002は、略平板状の絶縁シート202と、互いに略平行に設けられた複数の送信導体102と、複数の受信電極103と、保護シート203とから構成される。図10と、図1及び図2を参照してわかるように、静電センサ1002は、静電センサセルの集合体である。静電センサ1002は、周知のガラスエポキシ基板或はフレキシブルプリント基板等で形成される。
Next, details of the electrostatic sensor 1002 will be described with reference to FIG. 10 and FIGS. 1 and 2.
First, a schematic configuration of the electrostatic sensor 1002 will be described. As shown in FIGS. 1 and 2A, the electrostatic sensor 1002 includes a substantially flat insulating sheet 202, a plurality of transmission conductors 102 provided substantially parallel to each other, a plurality of reception electrodes 103, and a protection And a sheet 203. As can be seen with reference to FIG. 10 and FIGS. 1 and 2, the electrostatic sensor 1002 is an assembly of electrostatic sensor cells. The electrostatic sensor 1002 is formed of a known glass epoxy substrate or a flexible printed substrate.

図2(a)に示すように、送信導体102は、絶縁シート202の一方の面に設けられる。この送信導体102は、図1と図10を参照してわかるように、導体からなる本体部102aと、複数のランド部102bとから構成される。本体部102aは、所定の幅を有し、静電センサ1002のX軸方向(第一の方向)に延伸して形成される。ランド部102bは、本体部102aに設けられ、例えば、静電センサ1002のX軸方向(第一の方向に対し直交する方向である第二の方向)に延伸して形成される。そして、このランド部102bは、図10に示すように、本体部102aの延伸方向(Y軸方向)に、等間隔に設けられる。   As shown in FIG. 2A, the transmission conductor 102 is provided on one surface of the insulating sheet 202. As can be seen with reference to FIGS. 1 and 10, the transmission conductor 102 includes a main body portion 102a made of a conductor and a plurality of land portions 102b. The main body 102a has a predetermined width and is formed by extending in the X-axis direction (first direction) of the electrostatic sensor 1002. The land portion 102b is provided in the main body portion 102a, and is formed, for example, by extending in the X-axis direction of the electrostatic sensor 1002 (a second direction that is a direction orthogonal to the first direction). And as shown in FIG. 10, this land part 102b is provided at equal intervals in the extending | stretching direction (Y-axis direction) of the main-body part 102a.

受信電極103は、絶縁シート102の他方の面に設けられた導体からなる一対の第一及び第二受信導体103a、103bからなる。この第一及び第二受信導体103a、103bは、互いに略平行に設けられ、それぞれがY軸方向に延伸して形成される。
保護シート203は、人体の指と受信電極103とが直接接触することを防止するための略平板状に形成された絶縁体である。この保護シート203は、静電センサ1002の他方の面全体をを覆うように設けられる。
The receiving electrode 103 is composed of a pair of first and second receiving conductors 103 a and 103 b made of a conductor provided on the other surface of the insulating sheet 102. The first and second receiving conductors 103a and 103b are provided substantially parallel to each other, and are formed by extending in the Y-axis direction.
The protective sheet 203 is an insulator formed in a substantially flat plate shape for preventing direct contact between a human finger and the receiving electrode 103. This protective sheet 203 is provided so as to cover the entire other surface of the electrostatic sensor 1002.

次に、静電センサ1002を構成する送信導体102と受信電極103との配置関係について、図1及び図10を参照して詳述する。絶縁シート202の一方の面に設けられた複数の送信導体102は、Y軸方向へ互いに略平行に配置される。図1と図10を参照してわかるように、送信導体102は、一の送信導体102のランド部102bと、この送信導体102に対しY軸方向に隣接する二本の送信導体102とが、この隣接する二本の送信導体102のそれぞれの本体部102aとが互いに隣接して設けられる。すなわち、この送信導体102の任意の一のランド部102bに着目すると、Y軸方向に向かって本体部102aとランド部102bとが交互に並ぶように配置される。   Next, the positional relationship between the transmission conductor 102 and the reception electrode 103 constituting the electrostatic sensor 1002 will be described in detail with reference to FIGS. The plurality of transmission conductors 102 provided on one surface of the insulating sheet 202 are disposed substantially parallel to each other in the Y-axis direction. As can be seen with reference to FIGS. 1 and 10, the transmission conductor 102 includes a land portion 102b of one transmission conductor 102 and two transmission conductors 102 adjacent to the transmission conductor 102 in the Y-axis direction. The main body portions 102a of the two adjacent transmission conductors 102 are provided adjacent to each other. That is, when attention is paid to any one land portion 102b of the transmission conductor 102, the main body portions 102a and the land portions 102b are alternately arranged in the Y-axis direction.

絶縁シート102の他方の面に設けられた一対の受信導体103a、103bからなる一の受信電極は、隣接する二本の送信導体102のランド部102bの間に位置するように設けられる。すなわち、二本の受信導体103a、103bは、送信導体102の本体部102aと直交して配置される。ここで、任意の一の受信電極103を構成する一対の受信導体103a、103bと任意の一の送信導体102とに着目すると、一対の受信導体103a、103bと送信導体102とは、この送信導体102の本体部102aにおいて直交すると共に、一方の第一受信導体103aと送信導体102の一のランド部102bとが近接し、他方の第二受信導体103bと他の一のランド部102bとが近接することになる。   One receiving electrode composed of a pair of receiving conductors 103 a and 103 b provided on the other surface of the insulating sheet 102 is provided so as to be positioned between the land portions 102 b of the two adjacent transmitting conductors 102. That is, the two reception conductors 103 a and 103 b are arranged orthogonal to the main body portion 102 a of the transmission conductor 102. Here, paying attention to a pair of reception conductors 103a and 103b and an arbitrary transmission conductor 102 constituting an arbitrary one reception electrode 103, the pair of reception conductors 103a and 103b and the transmission conductor 102 are the transmission conductors. The first receiving conductor 103a and one land portion 102b of the transmitting conductor 102 are close to each other, and the other second receiving conductor 103b and another land portion 102b are close to each other. Will do.

次に、送信スイッチ部1003について図11を参照して説明する。この送信スイッチ部1003は、シフトレジスタ1102と、複数のNOTゲート1103とから構成される。
シフトレジスタ1102は、送信導体102と同数の複数のビットセル1102aから構成される。このビットセル1102aは、それぞれNOTゲート1103を介して各送信導体102に接続されている。そして、このシフトレジスタ1102には、制御部1007から、クロックパルス、リセットパルス、送信側スイッチデータが入力される。
Next, the transmission switch unit 1003 will be described with reference to FIG. The transmission switch unit 1003 includes a shift register 1102 and a plurality of NOT gates 1103.
The shift register 1102 is composed of the same number of bit cells 1102 a as the transmission conductors 102. Each bit cell 1102a is connected to each transmission conductor 102 via a NOT gate 1103. The shift register 1102 receives a clock pulse, a reset pulse, and transmission-side switch data from the control unit 1007.

次に、受信スイッチ部1004の構成を図12を参照して説明する。この受信スイッチ部1004は、複数のアナログスイッチ1203と、シフトレジスタ1202とから構成される。   Next, the configuration of the reception switch unit 1004 will be described with reference to FIG. The reception switch unit 1004 includes a plurality of analog switches 1203 and a shift register 1202.

アナログスイッチ1203は、一対のアナログマルチプレクサよりなるスイッチ1203a、1203bからなる。受信スイッチ部1004にはこのアナログスイッチ1203が受信電極103と同数設けられている。また、このアナログスイッチ1203は、後述するシフトレジスタ1202からの制御信号が入力されるようになっており、この制御信号に基づいてオンオフ動作するようになっている。
そして、このアナログスイッチ1203を構成する一対のスイッチ1203a、1203bの入力端子は、それぞれ受信導体103a及び103bに接続され、出力端子はプラス側出力ライン1204又はマイナス側出力ライン1205に接続される。
The analog switch 1203 includes switches 1203a and 1203b made up of a pair of analog multiplexers. The reception switch unit 1004 is provided with the same number of analog switches 1203 as the reception electrodes 103. The analog switch 1203 receives a control signal from a shift register 1202, which will be described later, and performs an on / off operation based on the control signal.
The input terminals of the pair of switches 1203a and 1203b constituting the analog switch 1203 are connected to the receiving conductors 103a and 103b, respectively, and the output terminals are connected to the plus side output line 1204 or the minus side output line 1205.

シフトレジスタ1202は、受信電極103と同数の複数のビットセル1202aから構成される。このビットセル1202aは、それぞれアナログスイッチ1203と接続されている。このシフトレジスタ1202には、制御部1007から出力されたクロックパルス、リセットパルス及びデータ信号が入力される。   The shift register 1202 includes the same number of bit cells 1202 a as the reception electrodes 103. Each bit cell 1202a is connected to an analog switch 1203. The shift register 1202 receives a clock pulse, a reset pulse, and a data signal output from the control unit 1007.

次に、アナログ信号処理部1105について図13を参照して説明する。
アナログ信号処理部1105は、2つの電流電圧変換部1105a、1105bと、差動増幅器307と、ローパスフィルタ1302(以下、LPFと略す)とから構成される。
電流電圧変換部1105aは、抵抗R303とオペアンプ305とから構成され、同様に、電流電圧変換部1105bは、抵抗R304とオペアンプ306とから構成される。これら電流電圧変換部1105a及び1105bは、それぞれマイナス側出力ライン1205及びプラス側出力ライン1206に接続され、これらの出力ラインから出力される電流を電圧に変換すると共に増幅して、後段の差動増幅器307に出力する。
Next, the analog signal processing unit 1105 will be described with reference to FIG.
The analog signal processing unit 1105 includes two current-voltage conversion units 1105a and 1105b, a differential amplifier 307, and a low-pass filter 1302 (hereinafter abbreviated as LPF).
The current-voltage conversion unit 1105a includes a resistor R303 and an operational amplifier 305. Similarly, the current-voltage conversion unit 1105b includes a resistor R304 and an operational amplifier 306. These current / voltage converters 1105a and 1105b are connected to the minus-side output line 1205 and the plus-side output line 1206, respectively, and convert and amplify the current output from these output lines to a subsequent differential amplifier. To 307.

差動増幅器307は、電流電圧変換部1105a及び1106bの出力端子に接続されており、これらの電流電圧変換部1105a及び1106bから出力された電圧信号を差動増幅して出力する。
差動増幅器307から出力された信号は、LPF1302を介してA/D変換器1006に出力される。
The differential amplifier 307 is connected to the output terminals of the current / voltage converters 1105a and 1106b, and differentially amplifies and outputs the voltage signals output from these current / voltage converters 1105a and 1106b.
The signal output from the differential amplifier 307 is output to the A / D converter 1006 via the LPF 1302.

次に、制御部1007の構成及び動作を図14に従って説明する。
この制御部1007は、クロック生成部1402と、送信側アドレスカウンタ1403と、送信側スイッチデータ生成部1404と、受信側アドレスカウンタ1405と、受信側スイッチデータ生成部1406と、バッファメモリ1407と、重心演算部1408とから構成される。
Next, the configuration and operation of the control unit 1007 will be described with reference to FIG.
The control unit 1007 includes a clock generation unit 1402, a transmission side address counter 1403, a transmission side switch data generation unit 1404, a reception side address counter 1405, a reception side switch data generation unit 1406, a buffer memory 1407, a center of gravity. And an arithmetic unit 1408.

クロック生成部1402は、送信導体102に供給する所定周波数のクロックパルスを発生する。このクロックパルスは、後段の送信側アドレスカウンタ1403と、送信側スイッチデータ生成部1404とに供給される。このクロックパルスは、A/D変換器1006に供給されてこのA/D変換回路のタイミングパルスとして用いられると共に、送信スイッチ部1003を介して送信導体102に供給されて、送信信号として用いられる。
送信クロックパルスは送信側アドレスカウンタ1403と送信側スイッチデータ生成部1404に供給される。
The clock generation unit 1402 generates a clock pulse having a predetermined frequency to be supplied to the transmission conductor 102. This clock pulse is supplied to the subsequent transmission side address counter 1403 and the transmission side switch data generation unit 1404. The clock pulse is supplied to the A / D converter 1006 and used as a timing pulse of the A / D converter circuit, and is also supplied to the transmission conductor 102 via the transmission switch unit 1003 and used as a transmission signal.
The transmission clock pulse is supplied to the transmission side address counter 1403 and the transmission side switch data generation unit 1404.

送信側アドレスカウンタ1403は、送信電極1008の数を最大数として数えるループカウンタである。この送信側アドレスカウンタ1403の桁溢れ(オーバフロー)端子の出力パルス信号は、送信側スイッチデータ生成部1404及び送信スイッチ部1003のリセットパルスとして出力される。また、このリセットパルスは、受信側アドレスカウンタ1405、受信側スイッチデータ生成部1406及び受信スイッチ部1004のクロックパルスとして、供給される。これ以降、このクロックパルスを受信クロックパルスと称す。   The transmission-side address counter 1403 is a loop counter that counts the number of transmission electrodes 1008 as the maximum number. The output pulse signal at the overflow address terminal of the transmission side address counter 1403 is output as a reset pulse for the transmission side switch data generation unit 1404 and the transmission switch unit 1003. The reset pulse is supplied as a clock pulse for the reception-side address counter 1405, the reception-side switch data generation unit 1406, and the reception switch unit 1004. Hereinafter, this clock pulse is referred to as a reception clock pulse.

受信側アドレスカウンタ1405は、受信電極の組の数を最大数として数えるループカウンタである。受信側アドレスカウンタ1405の桁溢れ(オーバフロー)端子の出力信号が、受信側スイッチデータ生成部1406及び受信スイッチ部1004のリセットパルスとして出力される。   The receiving side address counter 1405 is a loop counter that counts the number of sets of receiving electrodes as the maximum number. An output signal of the overflow address terminal of the reception side address counter 1405 is output as a reset pulse of the reception side switch data generation unit 1406 and the reception switch unit 1004.

送信側スイッチデータ生成部1404は、送信側アドレスカウンタ1403が生成するリセットパルス(受信クロックパルス)と送信クロックパルスで起動し、送信側スイッチデータを生成して、送信スイッチ部1003に送出する。
この送信側スイッチデータは、送信クロックパルスの半周期の整数倍の矩形波信号である。送信側スイッチデータ生成部1404は、リセットパルスが入ったタイミングから送信クロックパルスのアップエッジ及びダウンエッジを所定の数だけ計数し、その間、論理の真(高電位)の状態を維持する。そして、計数値がその所定の数に達したら論理の偽(低電位)の状態に戻り、以後再びリセットパルスが入るまで論理の偽の状態を維持する。
なお、このアップエッジ及びダウンエッジの「所定の数」を「4」とする。
The transmission-side switch data generation unit 1404 is activated by a reset pulse (reception clock pulse) and a transmission clock pulse generated by the transmission-side address counter 1403, generates transmission-side switch data, and sends it to the transmission switch unit 1003.
This transmission-side switch data is a rectangular wave signal that is an integral multiple of a half cycle of the transmission clock pulse. The transmission-side switch data generation unit 1404 counts a predetermined number of up and down edges of the transmission clock pulse from the timing when the reset pulse is input, and maintains the logic true (high potential) state during that time. When the count value reaches the predetermined number, it returns to the logic false (low potential) state, and thereafter the logic false state is maintained until a reset pulse is input again.
The “predetermined number” of the up and down edges is “4”.

受信側スイッチデータ生成部1406は、受信側アドレスカウンタ1405が生成するリセットパルスと受信クロックパルスで起動し、受信側スイッチデータを生成して、受信スイッチ部1004に送出する。
この受信側スイッチデータは、受信クロックパルスの半周期の整数倍の矩形波信号である。受信側スイッチデータ生成部1406は、リセットパルスが入ったタイミングから受信クロックパルスのアップエッジ及びダウンエッジを所定の数だけ計数し、その間、論理の真(高電位)の状態を維持する。そして、計数値がその所定の数に達したら論理の偽(低電位)の状態に戻り、以後再びリセットパルスが入るまで論理の偽の状態を維持する。
なお、このアップエッジ及びダウンエッジの「所定の数」を「2」とする。
The reception-side switch data generation unit 1406 is activated by the reset pulse and reception clock pulse generated by the reception-side address counter 1405, generates reception-side switch data, and sends it to the reception switch unit 1004.
This reception-side switch data is a rectangular wave signal that is an integral multiple of a half cycle of the reception clock pulse. The reception-side switch data generation unit 1406 counts a predetermined number of up and down edges of the reception clock pulse from the timing when the reset pulse is input, and maintains the logic true (high potential) state during that time. When the count value reaches the predetermined number, it returns to the logic false (low potential) state, and thereafter the logic false state is maintained until a reset pulse is input again.
The “predetermined number” of the up and down edges is “2”.

送信側アドレスカウンタ1403が出力する送信アドレスデータと、受信側アドレスカウンタ1405が出力する受信アドレスデータは、バッファメモリ1407に供給される。バッファメモリ1407は、A/D変換器1006の出力データを一時的に記憶するためのメモリである。このバッファメモリ1407は、A/D変換器1006の出力データが供給され、送信アドレスデータと受信アドレスデータで定められたアドレスにA/D変換器1006の出力データを記憶する。
重心演算部1408はバッファメモリ1407に記憶されたデータを読み込んで重心演算を行い、指の存在の有無と位置情報を出力する。
The transmission address data output from the transmission side address counter 1403 and the reception address data output from the reception side address counter 1405 are supplied to the buffer memory 1407. A buffer memory 1407 is a memory for temporarily storing output data of the A / D converter 1006. The buffer memory 1407 is supplied with the output data of the A / D converter 1006 and stores the output data of the A / D converter 1006 at an address defined by the transmission address data and the reception address data.
The center-of-gravity calculation unit 1408 reads the data stored in the buffer memory 1407, performs center-of-gravity calculation, and outputs the presence / absence of a finger and position information.

次に、位置検出装置901の動作原理を図15に従って説明する。図15は、位置検出装置901の原理を説明するための等価回路である。この図15に示すように、位置検出装置901の送信スイッチ部1003は、矩形波信号源1502と等価となる。以下、任意の第一送信電極703及びこの第一送信電極703に隣接する第二送信電極704と、任意の第一及び第二受信導体103a、103bからなる受信電極103に指402が領域P1503が近接した場合を例示して説明する。
矩形波信号源1502は、送信スイッチ部1003を等価的に表す仮想的な回路である。矩形波信号源1502はその名の通り、矩形波信号を生成する。
Next, the operation principle of the position detection device 901 will be described with reference to FIG. FIG. 15 is an equivalent circuit for explaining the principle of the position detection device 901. As shown in FIG. 15, the transmission switch unit 1003 of the position detection device 901 is equivalent to a rectangular wave signal source 1502. Hereinafter, an arbitrary first transmitting electrode 703, a second transmitting electrode 704 adjacent to the first transmitting electrode 703, and a receiving electrode 103 made up of optional first and second receiving conductors 103a and 103b have a finger 402 and a region P1503. A case where they are close to each other will be described as an example.
The rectangular wave signal source 1502 is a virtual circuit that equivalently represents the transmission switch unit 1003. As the name suggests, the rectangular wave signal source 1502 generates a rectangular wave signal.

図16(a)、(b)、(c)、(d)、(e)、(f)、(g)、(h)、(i)、(j)、(k)及び(l)は、位置検出装置901の動作を説明するための、図15の等価回路図に基づく波形図である。指402が図15の領域P1503に近づいている状態と、近づいていない状態を想定する。図16(a)は、矩形波信号源1502から出力される電圧波形である。図16(b)は、領域P1503の上に指402が近接していない状態で、第一送信電極703にのみ信号源を接続したと仮定した場合に、プラス側受信電極に現れる電流の波形である。図16(c)は、領域P1503の上に指402が近接していない状態で、第一送信電極703にのみ信号源を接続したと仮定した場合に、マイナス側受信電極に現れる電流の波形である。図16(d)は、領域P1503の上に指402が近接していない状態で、第一送信電極703にのみ信号源を接続したと仮定した場合に、差動増幅器307に現れる電圧波形である。図16(e)は、領域P1503の上に指402が近接していない状態で、第二送信電極704にのみ信号源を接続したと仮定した場合に、プラス側受信電極に現れる電流の波形である。図16(f)は、領域P1503の上に指402が近接していない状態で、第二送信電極704にのみ信号源を接続したと仮定した場合に、マイナス側受信電極に現れる電流の波形である。図16(g)は、領域P1503の上に指402が近接していない状態で、第二送信電極704にのみ信号源を接続したと仮定した場合に、差動増幅器307に現れる電圧波形である。図16(h)は、領域P1503の上に指402が近接していない状態で、且つ、第一送信電極703及び第二送信電極704に信号源を接続した状態で、差動増幅器307に現れる電圧波形である。図16(i)は、領域P1503の上に指402が近接している状態で、第一送信電極703にのみ信号源を接続したと仮定した場合に、プラス側受信電極に現れる電流の波形である。図16(j)は、領域P1503の上に指402が近接している状態で、第一送信電極703にのみ信号源を接続したと仮定した場合に、マイナス側受信電極に現れる電流の波形である。図16(k)は、領域P1503の上に指402が近接している状態で、第一送信電極703にのみ信号源を接続したと仮定した場合に、差動増幅器307に現れる電圧波形である。図16(l)は、領域P1503の上に指402が近接している状態で、且つ、第一送信電極703及び第二送信電極704に信号源を接続した状態で、差動増幅器307に現れる電圧波形である。   16 (a), (b), (c), (d), (e), (f), (g), (h), (i), (j), (k) and (l) are FIG. 16 is a waveform diagram based on the equivalent circuit diagram of FIG. 15 for explaining the operation of the position detection device 901. A state where the finger 402 is approaching the region P1503 in FIG. 15 and a state where the finger 402 is not approaching are assumed. FIG. 16A shows a voltage waveform output from the rectangular wave signal source 1502. FIG. 16B shows a waveform of a current that appears at the plus-side receiving electrode when it is assumed that the signal source is connected only to the first transmitting electrode 703 in a state where the finger 402 is not in proximity to the region P1503. is there. FIG. 16C shows a waveform of a current that appears at the minus-side receiving electrode when it is assumed that the signal source is connected only to the first transmitting electrode 703 in a state where the finger 402 is not in proximity to the region P1503. is there. FIG. 16D shows a voltage waveform appearing in the differential amplifier 307 when it is assumed that the signal source is connected only to the first transmission electrode 703 in a state where the finger 402 is not in proximity to the region P1503. . FIG. 16E shows a waveform of a current that appears at the plus-side receiving electrode when it is assumed that a signal source is connected only to the second transmitting electrode 704 in a state where the finger 402 is not in proximity to the region P1503. is there. FIG. 16F shows a waveform of a current appearing on the negative receiving electrode when it is assumed that a signal source is connected only to the second transmitting electrode 704 in a state where the finger 402 is not in proximity to the region P1503. is there. FIG. 16G shows a voltage waveform appearing in the differential amplifier 307 when it is assumed that the signal source is connected only to the second transmission electrode 704 in a state where the finger 402 is not in proximity to the region P1503. . FIG. 16H appears in the differential amplifier 307 in a state where the finger 402 is not close to the region P1503 and a signal source is connected to the first transmission electrode 703 and the second transmission electrode 704. It is a voltage waveform. FIG. 16I shows a waveform of a current that appears at the plus-side receiving electrode when it is assumed that the signal source is connected only to the first transmitting electrode 703 in a state where the finger 402 is close to the region P1503. is there. FIG. 16J shows the waveform of the current appearing on the negative receiving electrode when it is assumed that the signal source is connected only to the first transmitting electrode 703 in a state where the finger 402 is close to the region P1503. is there. FIG. 16K shows a voltage waveform appearing in the differential amplifier 307 when it is assumed that a signal source is connected only to the first transmission electrode 703 in a state where the finger 402 is close to the region P1503. . FIG. 16L appears in the differential amplifier 307 in a state where the finger 402 is close to the region P1503 and a signal source is connected to the first transmission electrode 703 and the second transmission electrode 704. It is a voltage waveform.

図16(a)に示すように、矩形波電圧源は、低電位から高電位に転換する、ステップ関数に類似する波形の信号を生成する。
先ず、指402が領域P1503に近づいていない状態で、静電センサセル101及び差動増幅器307に現れる波形を考察する。
第一送信電極703とプラス側受信電極を注目する。この二つの電極が形成するコンデンサには、図16(b)に示すように、矩形波電圧源の低電位から高電位に転換する瞬間に電流が流れ、その後は時間と共に減衰する。
As shown in FIG. 16A, the rectangular wave voltage source generates a signal having a waveform similar to a step function, which changes from a low potential to a high potential.
First, consider the waveforms that appear in the electrostatic sensor cell 101 and the differential amplifier 307 with the finger 402 not approaching the region P1503.
Attention is paid to the first transmitting electrode 703 and the positive receiving electrode. In the capacitor formed by these two electrodes, as shown in FIG. 16B, a current flows at the moment when the rectangular wave voltage source changes from a low potential to a high potential, and thereafter decays with time.

次に、第一送信電極703とマイナス側受信電極を注目する。この二つの電極が形成するコンデンサには、図16(c)に示すように、矩形波電圧源の低電位から高電位に転換する瞬間に電流が流れ、その後は時間と共に減衰する。
周知のように、コンデンサに流れる電流は、コンデンサの容量に比例する。したがって、図6(a)と(b)の関係と同様に、プラス側受信電極に現れる電流の波形の振幅の方が、マイナス側受信電極に現れる電流の波形の振幅より大きい。
図16(b)の電流と、(c)の電流波形がそれぞれ電流電圧変換されて、差動増幅器307で差を取ると、図16(d)のような電圧波形が得られる。
Next, attention is focused on the first transmission electrode 703 and the negative reception electrode. In the capacitor formed by these two electrodes, as shown in FIG. 16C, a current flows at the moment when the rectangular wave voltage source changes from a low potential to a high potential, and thereafter decays with time.
As is well known, the current flowing through the capacitor is proportional to the capacitance of the capacitor. Therefore, similarly to the relationship between FIGS. 6A and 6B, the amplitude of the waveform of the current appearing at the plus side receiving electrode is larger than the amplitude of the waveform of the current appearing at the minus side receiving electrode.
When the current waveform of FIG. 16B and the current waveform of FIG. 16C are converted into currents and the difference is taken by the differential amplifier 307, a voltage waveform as shown in FIG. 16D is obtained.

更に、第二送信電極704とプラス側受信電極、及びマイナス側受信電極を注目する。
図16(e)は、第二送信電極704とプラス側受信電極が形成するコンデンサに流れる電流の波形である。図16(c)と同じである。
図16(f)は、第二送信電極704とマイナス側受信電極が形成するコンデンサに流れる電流の波形である。図16(b)と同じである。
つまり、第二送信電極704は、プラス側受信電極及びマイナス側受信電極に対し、第一送信電極703と対称に配置されているので、波形の振幅も逆の関係となる。
図16(e)の電流と、(f)の電流波形がそれぞれ電流電圧変換されて、差動増幅器307で差を取ると、図16(g)のような電圧波形が得られる。この波形は、図16(d)の、電圧極性が逆になった電圧波形である。
Further, attention is focused on the second transmission electrode 704, the positive side reception electrode, and the negative side reception electrode.
FIG. 16E shows a waveform of a current flowing through a capacitor formed by the second transmission electrode 704 and the plus-side reception electrode. This is the same as FIG.
FIG. 16F shows a waveform of a current flowing through a capacitor formed by the second transmission electrode 704 and the negative reception electrode. This is the same as FIG.
That is, since the second transmission electrode 704 is arranged symmetrically with the first transmission electrode 703 with respect to the plus-side reception electrode and the minus-side reception electrode, the waveform amplitude is also opposite.
When the current waveform of FIG. 16E and the current waveform of FIG. 16F are converted into currents and the difference is taken by the differential amplifier 307, a voltage waveform as shown in FIG. 16G is obtained. This waveform is a voltage waveform of FIG. 16D in which the voltage polarity is reversed.

以上を踏まえて、指402が領域P1503に近づいていない状態で、矩形波電圧源から第一送信電極703及び第二送信電極704に同じ波形の信号が与えられた場合の、差動増幅器307から出力される電圧波形は、図16(d)と図16(g)の合成波形となる。これが、図16(h)である。図8(c)の電圧波形と同様に、指402が領域P1503に近づいていない状態では、互い違いに配された静電センサセル101同士から得られる信号は、それぞれが打ち消し合ってゼロになる。   Based on the above, from the differential amplifier 307 when the same waveform signal is given from the rectangular wave voltage source to the first transmission electrode 703 and the second transmission electrode 704 with the finger 402 not approaching the region P1503. The output voltage waveform is the combined waveform of FIG. 16 (d) and FIG. 16 (g). This is FIG. 16 (h). Similarly to the voltage waveform of FIG. 8C, in the state where the finger 402 is not approaching the region P1503, the signals obtained from the electrostatic sensor cells 101 arranged alternately are canceled out and become zero.

次に、指402が領域P1503に近づいている状態の、静電センサセル101及び差動増幅器307に現れる波形を考察する。
第一送信電極703とプラス側受信電極を注目する。この二つの電極が形成するコンデンサには、図16(i)に示すように、矩形波電圧源の低電位から高電位に転換する瞬間に電流が流れ、その後は時間と共に減衰する。
Next, consider the waveforms that appear in the electrostatic sensor cell 101 and the differential amplifier 307 when the finger 402 is approaching the region P1503.
Attention is paid to the first transmitting electrode 703 and the positive receiving electrode. In the capacitor formed by these two electrodes, as shown in FIG. 16 (i), a current flows at the moment when the rectangular wave voltage source changes from a low potential to a high potential, and thereafter decays with time.

次に、第一送信電極703とマイナス側受信電極を注目する。この二つの電極が形成するコンデンサには、図16(j)に示すように、矩形波電圧源の低電位から高電位に転換する瞬間に電流が流れ、その後は時間と共に減衰する。
図6(d)及び(e)で説明したように、指402が領域P1503の上に近接すると、プラス側受信電極及びマイナス側受信電極から見た静電センサセル101の静電容量が増加する。このため、図16(i)と(j)は、それぞれ図16(b)と(c)と比べて、波形の振幅が大きくなっている。また、前述の式にて説明したように、図16(i)と(j)の波形の振幅は殆ど同じである。
Next, attention is focused on the first transmission electrode 703 and the negative reception electrode. In the capacitor formed by these two electrodes, as shown in FIG. 16 (j), a current flows at the moment when the rectangular wave voltage source changes from a low potential to a high potential, and thereafter decays with time.
As described with reference to FIGS. 6D and 6E, when the finger 402 comes close to the area P1503, the electrostatic capacitance of the electrostatic sensor cell 101 as viewed from the plus side receiving electrode and the minus side receiving electrode increases. For this reason, the amplitudes of the waveforms in FIGS. 16 (i) and (j) are larger than those in FIGS. 16 (b) and (c), respectively. Further, as described in the above formula, the amplitudes of the waveforms in FIGS. 16 (i) and (j) are almost the same.

以上を踏まえて、指402が領域P1503に近づいている状態で、矩形波電圧源から第一送信電極703及び第二送信電極704に同じ波形の信号が与えられた場合の、差動増幅器307から出力される電圧波形は、図16(k)と図16(g)の合成波形となる。これが、図16(l)である。図8(e)の電圧波形と同様に、指402が領域P1503に近づいている状態では、互い違いに配された静電センサセル101同士から得られる信号は、片方の振幅が小さくなったために打ち消し合わされず、差動増幅器307から信号が現れる。   Based on the above, from the differential amplifier 307 when a signal having the same waveform is given from the rectangular wave voltage source to the first transmission electrode 703 and the second transmission electrode 704 with the finger 402 approaching the region P1503. The output voltage waveform is the combined waveform of FIG. 16 (k) and FIG. 16 (g). This is FIG. 16 (l). Similarly to the voltage waveform of FIG. 8E, in the state where the finger 402 is approaching the region P1503, the signals obtained from the electrostatic sensor cells 101 arranged alternately are canceled out because the amplitude of one of them is reduced. First, a signal appears from the differential amplifier 307.

図17は、指402を検出する動作原理を説明する説明図である。
図17の右側には、左側に示される複数の送信電極に入力される、シフトレジスタ1102によって出力タイミングがずらされた電圧波形が表示されている。なお、偶数番目の電圧波形は、NOTゲート1103で反転された波形である。
FIG. 17 is an explanatory diagram for explaining the principle of operation for detecting the finger 402.
On the right side of FIG. 17, a voltage waveform whose output timing is shifted by the shift register 1102 that is input to the plurality of transmission electrodes shown on the left side is displayed. The even-numbered voltage waveform is a waveform inverted by the NOT gate 1103.

時刻t1701では、第一送信電極1711及び第四送信電極1714に、矩形波のダウンエッジが印加される。第一送信電極1711及び第四送信電極1714には指402に覆われていないので、静電容量の変化は起きていない。したがって、差動増幅器307から出力される電圧はゼロのままである。   At time t1701, a rectangular wave down-edge is applied to the first transmission electrode 1711 and the fourth transmission electrode 1714. Since the first transmission electrode 1711 and the fourth transmission electrode 1714 are not covered with the finger 402, the capacitance does not change. Therefore, the voltage output from the differential amplifier 307 remains zero.

時刻t1702では、第二送信電極1712及び第五送信電極1715に、矩形波のアップエッジが印加される。第二送信電極1712は指402に覆われていないが、第五送信電極1715には指402に覆われているので、第五送信電極1715と二つの受信電極同士で形成されるコンデンサの静電容量の変化が起きている。したがって、差動増幅器307から出力される電圧がプラスに転化する。   At time t <b> 1702, a rectangular wave up-edge is applied to the second transmission electrode 1712 and the fifth transmission electrode 1715. The second transmission electrode 1712 is not covered with the finger 402, but the fifth transmission electrode 1715 is covered with the finger 402. Therefore, the electrostatic capacitance of the capacitor formed by the fifth transmission electrode 1715 and the two reception electrodes is not detected. A change in capacity is occurring. Therefore, the voltage output from the differential amplifier 307 is converted to positive.

時刻t1703では、第三送信電極1713及び第六送信電極1716に、矩形波のダウンエッジが印加される。第三送信電極1713は指402に覆われていないが、第六送信電極1716には指402に覆われているので、第六送信電極1716と二つの受信電極同士で形成されるコンデンサの静電容量の変化が起きている。したがって、差動増幅器307から出力される電圧がプラスに転化する。
以下、同様の効果が重複していく。
各時点で発生する電流の波形が点線で示される。この電流の波形の合成波形が、実線で示される。
At time t1703, a rectangular wave down-edge is applied to the third transmission electrode 1713 and the sixth transmission electrode 1716. The third transmission electrode 1713 is not covered with the finger 402, but the sixth transmission electrode 1716 is covered with the finger 402. Therefore, the electrostatic capacitance of the capacitor formed by the sixth transmission electrode 1716 and the two reception electrodes is not detected. A change in capacity is occurring. Therefore, the voltage output from the differential amplifier 307 is converted to positive.
In the following, similar effects overlap.
A waveform of a current generated at each time point is indicated by a dotted line. A composite waveform of this current waveform is shown by a solid line.

図16で説明したように、二本の受信電極を共通にして、送信導体102が互い違いに配されている二つの静電センサセル101で、指402の存在を検出するには、二本の送信導体102に同じ位相の信号を与える必要がある。
図11に示されるように、各送信導体102にはシフトレジスタ1102でクロックのタイミングでずらされた矩形波信号が与えられる。矩形波信号の立ち上がりと立ち下りを二本の送信導体102に与える際、片方をNOTゲート1103で反転させないと、二本の送信導体102に同じ位相の信号を与えることができない。
As described with reference to FIG. 16, in order to detect the presence of the finger 402 with two electrostatic sensor cells 101 in which two reception electrodes are shared and the transmission conductors 102 are alternately arranged, two transmission electrodes are used. It is necessary to give the signal of the same phase to the conductor 102.
As shown in FIG. 11, each transmission conductor 102 is given a rectangular wave signal shifted by the shift register 1102 at the clock timing. When giving rise and fall of the rectangular wave signal to the two transmission conductors 102, unless one of them is inverted by the NOT gate 1103, signals of the same phase cannot be given to the two transmission conductors 102.

図17で判るように、第三の実施形態の位置検出装置901では、位相をずらした矩形波を複数の送信導体102に順番に与える。矩形波の半波長を印加するだけであり、また位相をずらしつつ複数の送信導体102に同時に矩形波を印加するので、極めて高速な位置検出を実現できる。   As can be seen from FIG. 17, in the position detection device 901 of the third embodiment, rectangular waves whose phases are shifted are sequentially applied to the plurality of transmission conductors 102. Since only the half wavelength of the rectangular wave is applied and the rectangular wave is simultaneously applied to the plurality of transmission conductors 102 while shifting the phase, extremely fast position detection can be realized.

[静電センサセル101を用いた位置検出装置]
図18は、位置検出装置の、指402を検出する動作原理を説明する説明図である。
本実施形態の位置検出装置は、ハードウェアの構成は図9に示した実施形態と全く変わらない。違う点は、制御部1007から出力される信号、それも受信側スイッチデータ生成部1406が出力する受信側スイッチデータである。
受信側スイッチデータ生成部1406は、受信側アドレスカウンタ1405が生成するリセットパルスと受信クロックパルスで起動し、受信側スイッチデータを生成して、受信スイッチ部1004に送出する。
受信側スイッチデータは、受信クロックパルスの半周期の整数倍の矩形波信号である。受信側スイッチデータ生成部1406は、リセットパルスが入ったタイミングから受信クロックパルスのアップエッジ及びダウンエッジを所定の数だけ計数し、その間、論理の真(高電位)の状態を維持する。そして、その所定の数に達したら論理の偽(低電位)の状態に戻り、以後再びリセットパルスが入るまで論理の偽の状態を維持する。
第四の実施形態では、このアップエッジ及びダウンエッジの「所定の数」を「3」とする。
つまり、図9の位置検出装置901では、受信スイッチ部1004でオン制御信号を出力するシフトレジスタ1202のセルは一つだけであったが、図18の位置検出装置では、受信スイッチ部1004でオン制御信号を出力するシフトレジスタ1202のセルが二つになる。
[Position detection device using electrostatic sensor cell 101]
FIG. 18 is an explanatory diagram for explaining the principle of operation of the position detection device for detecting the finger 402.
The position detection apparatus of the present embodiment is the same as the embodiment shown in FIG. The difference lies in the signal output from the control unit 1007 and the reception side switch data output from the reception side switch data generation unit 1406.
The reception-side switch data generation unit 1406 is activated by the reset pulse and reception clock pulse generated by the reception-side address counter 1405, generates reception-side switch data, and sends it to the reception switch unit 1004.
The reception-side switch data is a rectangular wave signal that is an integral multiple of a half cycle of the reception clock pulse. The reception-side switch data generation unit 1406 counts a predetermined number of up and down edges of the reception clock pulse from the timing when the reset pulse is input, and maintains the logic true (high potential) state during that time. When the predetermined number is reached, the logic returns to the false (low potential) state, and thereafter the logic false state is maintained until a reset pulse is input again.
In the fourth embodiment, the “predetermined number” of the up and down edges is “3”.
That is, in the position detection device 901 of FIG. 9, the reception switch unit 1004 outputs only one shift register 1202 cell, but in the position detection device of FIG. Two cells of the shift register 1202 output the control signal.

第一受信電極1811と第二受信電極1812は、図示しない第一シフトレジスタセルによって同時にオン/オフ制御される。
第三受信電極1813と第四受信電極1814は、図示しない第二シフトレジスタセルによって同時にオン/オフ制御される。
第五受信電極1815と第六受信電極1816は、図示しない第三シフトレジスタセルによって同時にオン/オフ制御される。
第七受信電極1817と第八受信電極1818は、図示しない第四シフトレジスタセルによって同時にオン/オフ制御される。
第九受信電極1819と第十受信電極1820は、図示しない第五シフトレジスタセルによって同時にオン/オフ制御される。
第一受信電極1811、第四受信電極1814、第五受信電極1815、第八受信電極1818及び第九受信電極1819は、プラス側受信電極として後続のアナログ信号処理部1005に接続される。
第二受信電極1812、第三受信電極1813、第六受信電極1816、第七受信電極1817及び第十受信電極1820は、マイナス側受信電極として後続のアナログ信号処理部1005に接続される。
The first receiving electrode 1811 and the second receiving electrode 1812 are simultaneously turned on / off by a first shift register cell (not shown).
The third receiving electrode 1813 and the fourth receiving electrode 1814 are simultaneously turned on / off by a second shift register cell (not shown).
The fifth receiving electrode 1815 and the sixth receiving electrode 1816 are simultaneously turned on / off by a third shift register cell (not shown).
The seventh receiving electrode 1817 and the eighth receiving electrode 1818 are simultaneously turned on / off by a fourth shift register cell (not shown).
The ninth receiving electrode 1819 and the tenth receiving electrode 1820 are simultaneously turned on / off by a fifth shift register cell (not shown).
The first reception electrode 1811, the fourth reception electrode 1814, the fifth reception electrode 1815, the eighth reception electrode 1818, and the ninth reception electrode 1819 are connected to the subsequent analog signal processing unit 1005 as a positive reception electrode.
The second reception electrode 1812, the third reception electrode 1813, the sixth reception electrode 1816, the seventh reception electrode 1817, and the tenth reception electrode 1820 are connected to the subsequent analog signal processing unit 1005 as a negative reception electrode.

以下、図18を参照して、第四の実施形態に係る位置検出装置901の動作を説明する。
受信側スイッチデータ生成部1406から生成される受信側スイッチデータは、隣接する二つのシフトレジスタセルをオン制御する。このため、時刻t1801では、第一シフトレジスタセルと第二シフトレジスタセルが論理の真の信号を出力し、第一受信電極1811と第二受信電極1812、そして第三受信電極1813と第四受信電極1814が同時にオン制御される。
Hereinafter, the operation of the position detection apparatus 901 according to the fourth embodiment will be described with reference to FIG.
The reception-side switch data generated from the reception-side switch data generation unit 1406 controls on two adjacent shift register cells. Therefore, at time t1801, the first shift register cell and the second shift register cell output a logical true signal, and the first reception electrode 1811 and the second reception electrode 1812, and the third reception electrode 1813 and the fourth reception electrode. The electrode 1814 is simultaneously turned on.

第一受信電極1811と第四受信電極1814の合成信号が、プラス側出力ライン1204を通じて(プラス側受信電極の信号として)、アナログ信号処理部1005へ出力される。
第二受信電極1812と第三受信電極1813の合成信号が、マイナス側出力ライン1205を通じて(マイナス側受信電極の信号として)、アナログ信号処理部1005へ出力される。
この、時刻t1801の時点では、第一受信電極1811乃至第四受信電極1814が指402によって覆われていないので、コンデンサの容量変化は生じておらず、出力波形は現れない。
A combined signal of the first receiving electrode 1811 and the fourth receiving electrode 1814 is output to the analog signal processing unit 1005 through the plus-side output line 1204 (as a signal on the plus-side receiving electrode).
A combined signal of the second reception electrode 1812 and the third reception electrode 1813 is output to the analog signal processing unit 1005 through the negative output line 1205 (as a signal of the negative reception electrode).
At time t1801, the first receiving electrode 1811 to the fourth receiving electrode 1814 are not covered with the finger 402, so that the capacitance of the capacitor does not change and the output waveform does not appear.

時刻t1802では、第二シフトレジスタセルと第三シフトレジスタセルが論理の真の信号を出力し、第三受信電極1813と第四受信電極1814、そして第五受信電極1815と第六受信電極1816が同時にオン制御される。
第四受信電極1814と第五受信電極1815の合成信号が、プラス側出力ライン1204を通じて(プラス側受信電極の信号として)、アナログ信号処理部1005へ出力される。
第三受信電極1813と第六受信電極1816の合成信号が、マイナス側出力ライン1205を通じて(マイナス側受信電極の信号として)、アナログ信号処理部1005へ出力される。
この、時刻t1802の時点では、第五受信電極1815及び第六受信電極1816が指402によって覆われているので、コンデンサの容量変化が生じ、出力波形が現れる。
At time t1802, the second shift register cell and the third shift register cell output a logical true signal, and the third reception electrode 1813 and the fourth reception electrode 1814, and the fifth reception electrode 1815 and the sixth reception electrode 1816 At the same time, it is turned on.
A combined signal of the fourth reception electrode 1814 and the fifth reception electrode 1815 is output to the analog signal processing unit 1005 through the positive output line 1204 (as a signal of the positive reception electrode).
A combined signal of the third reception electrode 1813 and the sixth reception electrode 1816 is output to the analog signal processing unit 1005 through the negative output line 1205 (as a signal of the negative reception electrode).
At time t1802, the fifth receiving electrode 1815 and the sixth receiving electrode 1816 are covered with the finger 402, so that the capacitance of the capacitor changes, and an output waveform appears.

時刻t1803では、第三シフトレジスタセルと第四シフトレジスタセルが論理の真の信号を出力し、第五受信電極1815と第六受信電極1816、そして第七受信電極1817と第八受信電極1818が同時にオン制御される。
第五受信電極1815と第八受信電極1818の合成信号が、プラス側出力ライン1204を通じて(プラス側受信電極の信号として)、アナログ信号処理部1005へ出力される。
第六受信電極1816と第七受信電極1817の合成信号が、マイナス側出力ライン1205を通じて(マイナス側受信電極の信号として)、アナログ信号処理部1005へ出力される。
この、時刻t1803の時点では、第五受信電極1815及び第六受信電極1816のみならず、第七受信電極1817及び第八受信電極1818も指402によって覆われているので、コンデンサの容量変化が生じ、時刻t1802よりも大きな振幅の出力波形が現れる。
At time t1803, the third shift register cell and the fourth shift register cell output logic true signals, and the fifth reception electrode 1815 and the sixth reception electrode 1816, and the seventh reception electrode 1817 and the eighth reception electrode 1818 At the same time, it is turned on.
A combined signal of the fifth reception electrode 1815 and the eighth reception electrode 1818 is output to the analog signal processing unit 1005 through the positive output line 1204 (as a signal of the positive reception electrode).
A combined signal of the sixth reception electrode 1816 and the seventh reception electrode 1817 is output to the analog signal processing unit 1005 through the negative output line 1205 (as a signal of the negative reception electrode).
At time t1803, since not only the fifth reception electrode 1815 and the sixth reception electrode 1816 but also the seventh reception electrode 1817 and the eighth reception electrode 1818 are covered with the finger 402, the capacitance of the capacitor changes. An output waveform having an amplitude larger than that at time t1802 appears.

図18の位置検出装置は、図9の位置検出装置901と比べると、複数の受信電極の合成信号を得ることで、より大きな振幅の信号波形を得ることができる。   Compared with the position detection apparatus 901 in FIG. 9, the position detection apparatus in FIG. 18 can obtain a signal waveform with a larger amplitude by obtaining a composite signal of a plurality of reception electrodes.

本実施形態には、以下のような応用例が考えられる。
(1)受信電極と送信電極との間に形成されるコンデンサの容量をより大きくするために、受信電極を送信電極のランドに沿って蛇行させるパターンを形成することができる。
図19は、センサ基板の配線パターンの一例を示す概略図である。
送信電極1902のランド1902aは菱形の形状になり、受信電極1903はこの菱形を蛇行するべく形成されている。このようにパターンを形成すると、ランド1902aのある側のコンデンサの静電容量は、菱形の辺の長さだけ、図1等に示した静電センサセル101よりも大きくすることができる。ランド1902aのある側のコンデンサの静電容量が大きくなる、ということは、ランド1902aのない側のコンデンサの静電容量と大きく差をつけることができることを意味する。すなわち、静電センサ1002のS/N比が向上し、より強い感度を得ることができる。
また、ランド1902aの形状は菱形に限定されるものではなく、円形にする等の応用も可能である。
The following application examples can be considered in the present embodiment.
(1) In order to increase the capacitance of the capacitor formed between the receiving electrode and the transmitting electrode, a pattern in which the receiving electrode is meandered along the land of the transmitting electrode can be formed.
FIG. 19 is a schematic diagram illustrating an example of a wiring pattern of a sensor board.
The land 1902a of the transmission electrode 1902 has a diamond shape, and the reception electrode 1903 is formed to meander the diamond. When the pattern is formed in this manner, the capacitance of the capacitor on the side having the land 1902a can be made larger than the electrostatic sensor cell 101 shown in FIG. The fact that the capacitance of the capacitor on the side with the land 1902a is large means that the capacitance of the capacitor on the side without the land 1902a can be greatly different. That is, the S / N ratio of the electrostatic sensor 1002 is improved, and stronger sensitivity can be obtained.
Further, the shape of the land 1902a is not limited to a rhombus, and application such as a circular shape is also possible.

(2)受信電極と送信電極との間に形成されるコンデンサの容量をより大きくするために、受信電極と送信電極のランドとの間に凹凸を設けたパターンを形成することができる。
図20は、センサ基板の配線パターンの一例を示す概略図である。
送信電極2002のランド2002aは櫛状の切り込みが設けられ、受信電極2003にはこの切り込みに対向する突起が設けられる。このようにパターンを形成すると、ランド2002aのある側のコンデンサの静電容量は、切り込みと突起の周辺の長さだけ、図1等に示した静電センサセル101よりも大きくすることができる。
図20の配線パターンも、図19と同様の効果、すなわち静電センサ1002のS/N比が向上し、より強い感度を得ることができる。
(2) In order to increase the capacitance of the capacitor formed between the reception electrode and the transmission electrode, it is possible to form a pattern with unevenness between the reception electrode and the land of the transmission electrode.
FIG. 20 is a schematic diagram illustrating an example of a wiring pattern of a sensor board.
The land 2002a of the transmission electrode 2002 is provided with a comb-like cut, and the reception electrode 2003 is provided with a protrusion facing the cut. When the pattern is formed in this way, the capacitance of the capacitor on the side having the land 2002a can be made larger than that of the electrostatic sensor cell 101 shown in FIG.
The wiring pattern of FIG. 20 also has the same effect as that of FIG. 19, that is, the S / N ratio of the electrostatic sensor 1002 is improved, and stronger sensitivity can be obtained.

上述の(1)及び(2)で説明した、図19の受信電極1903と、図20の受信電極2003は、これまで図1乃至図18で説明した第一受信電極及び第二受信電極のような、第一受信電極及び第二受信電極の間の線を中心とする線対称の関係にはない。むしろ、二つの静電センサセルを構成する共通の第一受信電極及び第二受信電極の中点を中心とする、回転対称の関係にあるものと解することができる。   The reception electrode 1903 in FIG. 19 and the reception electrode 2003 in FIG. 20 described in the above (1) and (2) are the same as the first reception electrode and the second reception electrode described in FIGS. There is no symmetrical relationship about the line between the first receiving electrode and the second receiving electrode. Rather, it can be understood that there is a rotationally symmetric relationship around the midpoint of the common first receiving electrode and second receiving electrode constituting two electrostatic sensor cells.

なお、上述の(1)及び(2)で説明した、図19の受信電極1903と、図20の受信電極2003は、これまで図1乃至図18で説明した第一受信電極及び第二受信電極のような、直線状に形成された受信電極ではない。このため、静電センサセル単体では受信電極の対称性を確保できない。つまり、図19の受信電極1903や、図20の受信電極2003等の、特殊形状を備える受信電極を採用する場合は、回転対象性を維持するために静電センサセルを二つ組み合わせる必要がある。   Note that the receiving electrode 1903 in FIG. 19 and the receiving electrode 2003 in FIG. 20 described in the above (1) and (2) are the first receiving electrode and the second receiving electrode described in FIGS. It is not a receiving electrode formed in a straight line. For this reason, the symmetry of a receiving electrode cannot be ensured with a single electrostatic sensor cell. That is, when a reception electrode having a special shape such as the reception electrode 1903 in FIG. 19 or the reception electrode 2003 in FIG. 20 is employed, it is necessary to combine two electrostatic sensor cells in order to maintain the object of rotation.

本実施形態においては、静電センサセルと、これの集合体である静電スイッチと、これを応用した位置検出装置を開示した。
本実施形態の静電センサセルは、二本の受信電極が完全に対称形状である。このため、センサを基板に実装する際の、寸法の調整等が極めて簡便に実行できるので、差動増幅器を接続した際の、同相ノイズのキャンセル効果を最大限有効に発揮できる。
更に、本実施形態の静電センサセルは、一本の送信電極の、片方の受信電極の側に近接するランドを設けた。このため、一本の送信電極が差動増幅器から見ると非対称形状である。したがって、差動増幅器を接続した際に、同相ノイズのキャンセル効果を失うことなく、指が近接したか否かを確実に検出できる。
In the present embodiment, an electrostatic sensor cell, an electrostatic switch that is an assembly of the electrostatic sensor cell, and a position detection device to which the electrostatic switch is applied have been disclosed.
In the electrostatic sensor cell of this embodiment, the two receiving electrodes are completely symmetrical. For this reason, since the adjustment of dimensions and the like when mounting the sensor on the substrate can be performed very simply, the effect of canceling the common-mode noise when the differential amplifier is connected can be exhibited to the maximum.
Furthermore, the electrostatic sensor cell of this embodiment is provided with a land that is close to the side of one receiving electrode of one transmitting electrode. For this reason, when one transmission electrode is seen from a differential amplifier, it is asymmetrical shape. Therefore, when the differential amplifier is connected, it is possible to reliably detect whether or not the finger is close without losing the effect of canceling the common-mode noise.

本実施形態の静電スイッチは、前述の静電センサセルを、二本の受信電極を共通にしつつ、二本の送信電極を、ランドを互い違いに設けた。受信電極側から見ると、非対称形状の送信電極が、二本対称に並んでいる。このため、指が近づいていない時は送信電極の非対称形状に由来する信号同士が打ち消し合うので、差動増幅器に信号が現れない。つまり、検出信号が平衡状態を保っている。そして、片方の静電センサセルに指を近づけると、この平衡状態が崩れ、差動増幅器に信号が現れる。したがって、指が近づいていない時は「ゼロ」状態であり、指が近づいている時は「非ゼロ」状態になるので、単一の静電センサセルを用いる場合よりも、より明確且つ確実に論理の真偽を出力することができる。つまり、ノイズに強い静電スイッチを実現できる。   In the electrostatic switch of this embodiment, the above-described electrostatic sensor cell has two reception electrodes in common, and two transmission electrodes and lands are alternately provided. When viewed from the receiving electrode side, the asymmetrical transmitting electrodes are arranged in two symmetry. For this reason, when the finger is not approaching, signals derived from the asymmetric shape of the transmission electrode cancel each other, so that no signal appears in the differential amplifier. That is, the detection signal is kept in an equilibrium state. When a finger is brought close to one electrostatic sensor cell, this equilibrium state is lost and a signal appears in the differential amplifier. Therefore, when the finger is not approaching, it is in the “zero” state, and when the finger is approaching, it is in the “non-zero” state. Therefore, the logic is clearer and more reliable than when using a single electrostatic sensor cell. Can be output. That is, an electrostatic switch resistant to noise can be realized.

本実施形態の位置検出装置は、センサ基板上に前述の静電センサセルを縦横に展開した。そして、クロックパルスの半周期の整数倍のワンショットパルスを、クロックパルスの半周期単位で位相を遅らせて、送信電極に順番に印加する。その際、一本飛ばしでNOTゲートを介在させ、一本の受信電極に同時に二本の送信電極から立ち上がり或は立ち下りのエッジが印加されるように、送信スイッチ部を構成した。
以上の構成により、ノイズに強い静電スイッチを応用した、回路構成がシンプルで、ノイズに強く、スキャン速度が速い、実用的な位置検出装置を提供できる。
In the position detection device of this embodiment, the above-described electrostatic sensor cell is developed vertically and horizontally on a sensor substrate. Then, a one-shot pulse that is an integral multiple of a half cycle of the clock pulse is sequentially applied to the transmission electrode with a phase delayed by a half cycle unit of the clock pulse. At that time, the transmission switch unit is configured such that a NOT gate is interposed by skipping one and a rising or falling edge is simultaneously applied to one reception electrode from two transmission electrodes.
With the above configuration, it is possible to provide a practical position detection device that applies a noise-resistant electrostatic switch, has a simple circuit configuration, is resistant to noise, and has a high scanning speed.

以上、本発明の実施形態例について説明したが、本発明は上記実施形態例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した本発明の要旨を逸脱しない限りにおいて、他の変形例、応用例を含む。   The embodiment of the present invention has been described above. However, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and other modifications may be made without departing from the gist of the present invention described in the claims. Includes application examples.

101…静電センサセル、102…送信導体、103…受信電極、202…絶縁シート、203…保護シート、301…静電スイッチ、302…信号源、R303…抵抗、R304…抵抗、305…オペアンプ、306…オペアンプ、307…差動増幅器、308…静電センサ部、309…乗算器、310…LPF、310…ローパスフィルタ、311…コンパレータ、402…指、Cm1…コンデンサ、Cma…コンデンサ、Cp1…コンデンサ、Cpa…コンデンサ、701…静電スイッチ、702…静電センサユニット、703…第一送信電極、704…第二送信電極、901…位置検出装置、902…位置検出平面、1002…静電センサ、1003…送信スイッチ部、1004…受信スイッチ部、1005…アナログ信号処理部、1006…A/D変換器、1007…制御部、1008…送信電極、1102…シフトレジスタ、1102a…ビットセル、1103…NOTゲート、1105…アナログ信号処理部、1105a…電流電圧変換部、1105b…電流電圧変換部、1202…シフトレジスタ、1202a…ビットセル、1203…アナログスイッチ、1203a…スイッチ、1204…プラス側出力ライン、1205…マイナス側出力ライン、1206…プラス側出力ライン、1302…LPF、1402…クロック生成部、1403…送信側アドレスカウンタ、1404…送信側スイッチデータ生成部、1405…受信側アドレスカウンタ、1406…受信側スイッチデータ生成部、1407…バッファメモリ、1408…重心演算部、1502…矩形波信号源、1711…第一送信電極、1712…第二送信電極、1713…第三送信電極、1714…第四送信電極、1715…第五送信電極、1716…第六送信電極、1811…第一受信電極、1812…第二受信電極、1813…第三受信電極、1814…第四受信電極、1815…第五受信電極、1816…第六受信電極、1817…第七受信電極、1818…第八受信電極、1819…第九受信電極、1820…第十受信電極、1902…送信電極、1902a…ランド、1903…受信電極、2002…送信電極、2002a…ランド、2003…受信電極   DESCRIPTION OF SYMBOLS 101 ... Electrostatic sensor cell, 102 ... Transmission conductor, 103 ... Reception electrode, 202 ... Insulation sheet, 203 ... Protection sheet, 301 ... Electrostatic switch, 302 ... Signal source, R303 ... Resistance, R304 ... Resistance, 305 ... Operational amplifier, 306 Operational amplifier 307 Differential amplifier 308 Electrostatic sensor unit 309 Multiplier 310 LPF 310 Low pass filter 311 Comparator 402 Finger Cm1 Capacitor Cma Capacitor Cp1 Capacitor Cpa: capacitor, 701: electrostatic switch, 702: electrostatic sensor unit, 703 ... first transmission electrode, 704 ... second transmission electrode, 901 ... position detection device, 902 ... position detection plane, 1002 ... electrostatic sensor, 1003 ... Transmission switch unit, 1004 ... Reception switch unit, 1005 ... Analog signal processing unit, 006 ... A / D converter, 1007 ... control unit, 1008 ... transmission electrode, 1102 ... shift register, 1102a ... bit cell, 1103 ... NOT gate, 1105 ... analog signal processing unit, 1105a ... current voltage conversion unit, 1105b ... current voltage Conversion unit 1202 ... Shift register, 1202a ... Bit cell, 1203 ... Analog switch, 1203a ... Switch, 1204 ... Positive output line, 1205 ... Negative output line, 1206 ... Positive output line, 1302 ... LPF, 1402 ... Clock generation , 1403 ... transmission side address counter, 1404 ... transmission side switch data generation unit, 1405 ... reception side address counter, 1406 ... reception side switch data generation unit, 1407 ... buffer memory, 1408 ... centroid calculation unit, 1502 ... rectangular wave Signal source, 1711 ... first transmission electrode, 1712 ... second transmission electrode, 1713 ... third transmission electrode, 1714 ... fourth transmission electrode, 1715 ... fifth transmission electrode, 1716 ... sixth transmission electrode, 1811 ... first reception Electrode, 1812 ... second receiver electrode, 1813 ... third receiver electrode, 1814 ... fourth receiver electrode, 1815 ... fifth receiver electrode, 1816 ... sixth receiver electrode, 1817 ... seventh receiver electrode, 1818 ... eighth receiver electrode , 1819 ... ninth reception electrode, 1820 ... tenth reception electrode, 1902 ... transmission electrode, 1902a ... land, 1903 ... reception electrode, 2002 ... transmission electrode, 2002a ... land, 2003 ... reception electrode

Claims (6)

所定の数のランド部を有する導体パターンが第一の方向に複数配置されるとともに、前記第一の方向に対して交差する第二の方向であって前記ランド部の近傍に少なくとも二本の導体パターンが互いに近接して前記ランド部を有する導体パターンとは電気的に絶縁されてなるセンサと、
前記第一の方向に配置された導体パターンに所定の信号を供給するための信号供給回路と、
前記第二の方向に配置された前記二本の導体パターンからの信号が供給されて両者の差動信号を生成するための差動増幅回路を有する信号検出回路と、
を備えることで、前記センサ上の指示体の位置を前記第一の方向に配置された導体パターンと前記第二の方向に配置された導体との間の静電結合の変化に基づいて求めるようにした、
位置検出装置。
A plurality of conductor patterns having a predetermined number of land portions are arranged in the first direction, and at least two conductors are in the second direction intersecting the first direction and in the vicinity of the land portions. A sensor in which the pattern is electrically insulated from the conductor pattern having the land portion in proximity to each other;
A signal supply circuit for supplying a predetermined signal to the conductor pattern arranged in the first direction;
A signal detection circuit having a differential amplifier circuit for supplying a signal from the two conductor patterns arranged in the second direction and generating a differential signal of the two;
The position of the indicator on the sensor is obtained based on a change in electrostatic coupling between the conductor pattern arranged in the first direction and the conductor arranged in the second direction. ,
Position detection device.
前記信号供給回路から出力される信号を前記少なくとも二本の導体パターンに選択的に供給するための送信導体選択回路を更に設けた、
請求項1に記載の位置検出装置。
A transmission conductor selection circuit for selectively supplying a signal output from the signal supply circuit to the at least two conductor patterns;
The position detection device according to claim 1.
前記第二の方向に配置された導体パターンからの信号を前記差動増幅回路に供給するための受信導体選択回路を更に設けた、
請求項2に記載の位置検出装置。
A receiving conductor selection circuit for supplying a signal from the conductor pattern arranged in the second direction to the differential amplifier circuit;
The position detection device according to claim 2.
前記第二の方向に配置された導体パターンは、所定のパターン形状を有している、
請求項2に記載の位置検出装置。
The conductor pattern arranged in the second direction has a predetermined pattern shape,
The position detection device according to claim 2.
前記第二の方向に配置された導体パターンは、前記ランド部の外周の少なくとも一部を周回する形状に形成した、
請求項3に記載の位置検出装置。
The conductor pattern arranged in the second direction is formed in a shape that circulates at least a part of the outer periphery of the land portion,
The position detection device according to claim 3.
所定数のランド部を有する導体パターンが信号送信用導体として第一の方向に複数配置され、
前記第一の方向に対して交差する第二の方向であって前記ランド部の近傍に少なくとも二本の導体パターンが互いに近接して前記ランド部を有する導体パターンとは電気的に絶縁されて配置されてなる導体パターンが信号受信用導体として配置された、
静電センサ。
A plurality of conductor patterns having a predetermined number of land portions are arranged in the first direction as conductors for signal transmission,
In a second direction intersecting the first direction, at least two conductor patterns are arranged in the vicinity of the land portion and are electrically insulated from the conductor pattern having the land portion. The conductor pattern is arranged as a signal receiving conductor,
Electrostatic sensor.
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